基于正交试验的高强高延性混凝土力学性能

卿双全; 李传习

doi:10.3724/j.gyjzG24040506

基于正交试验的高强高延性混凝土力学性能

doi: 10.3724/j.gyjzG24040506

卿双全¹,
李传习^1,2

1. 长沙理工大学土木与环境工程学院, 长沙 410114;
2. 省部共建特色金属材料与组合结构全寿命安全国家重点实验室, 南宁 530004

基金项目:

广西科技重大专项项目（AA23073017）；湖南省研究生科研创新项目（CX20210764）。

详细信息

作者简介:
卿双全，博士研究生，主要从事高延性水泥基复合材料（ECC）设计理论与制备、工程断裂力学、机器学习等方面研究。Doc_Qing@stu.csust.edu.cn

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出版历程
- 收稿日期: 2024-04-05
- 网络出版日期: 2025-07-15

Mechanical Properties of HS-HDC Based on Orthogonal Tests

QING Shuangquan¹,
LI Chuanxi^1,2

1. College of Civil and Environmental Engineering, Changsha University of Science and Technology, Changsha 410114, China;
2. State Key Laboratory of Featured Metal Materials and Life-Cycle Safety for Composite Structures, Nanning 530004, China

摘要

摘要: 为了配制低碳经济型高强高延性混凝土（HS-HDC），设计了煤矸石粉、硅灰、PVA纤维、水胶比、砂胶比5因素4水平的16组正交试验，开展单轴压缩、四点弯曲和扫描电镜三种试验，探索各因素对HS-HDC的力学性能影响及其微观作用机理。试验结果表明：单轴压缩破坏试件整体性良好，当聚乙烯醇纤维（PVA纤维）体积掺量不小于1.0%时，破坏试件表面裂缝呈竖向分布，且PVA纤维掺量越高，试件表面裂缝宽度越小，煤矸石粉和水胶比对抗压强度具有显著性影响，贡献率分别为44.83%，33.56%；四点弯曲试件有单裂缝和多裂缝两种破坏形式，是典型的三阶段破坏模式，各因素中仅PVA纤维对弯曲强度具有显著性影响，贡献率为66.10%；H5配合比（煤矸石0.6、硅灰0.14、PVA纤维1.7%、水胶比0.3、砂胶比0.5）的综合力学性能最佳，其立方体抗压强度为69.0 MPa，弯曲强度为19.7 MPa，等效弯曲韧性为108.9 kJ/m³，拉伸应变能力为1.05%；水泥和纤维是影响隐含能和隐含碳最关键的两个组分，采用固体废弃物替代部分水泥是降低碳排放的有效方法。
- 正交试验 /
- 煤矸石粉 /
- 高延性混凝土 /
- 隐含碳 /
- 隐含能
Abstract: To prepare a low-carbon and cost-effective high-strength and high-ductility concrete （ HS-HDC ）， the paper designed 16 groups of orthogonal tests with 5 factors and 4 levels of coal gangue powder， silica fume， PVA fibers， water-binder ratio， and sand-binder ratio， three tests of uniaxial compression， four-point bending， and electron microscope scanning were carried out to explore the influence of each factor on the mechanical properties of HS-HDC and its microscopic mechanism. The test results showed that the integrity of the uniaxial compression failure specimen was good. When the fiber volume content was not less than 1.0%， the surface cracks of the failure specimen were vertically distributed， and the higher the fiber content， the smaller the surface crack width of the specimen. The coal gangue powder and water-binder ratio significantly affected the compressive strength， with contribution rates of 44.83% and 33.56%， respectively. The four-point bending specimen exhibited two failure forms： single crack and multiple cracks， demonstrating a typical three-stage failure mode. Only PVA fibers had a significant effect on the bending strength， with a contribution rate of 66.10%. The comprehensive mechanical properties of the H5 mixture ratio （ coal gangue powder 0.6， silica fume 0.14， PVA fibers 1.7%， water-binder ratio 0.3， sand-binder ratio 0.5 ） were the best. The cubic compressive strength was 69.0 MPa， the flexural strength was 19.7 MPa， the equivalent flexural toughness was 108.9 kJ/m³， and the tensile strain capacity was 1.05%. Cement and fibers were the two most critical components that affected embodied energy and embodied carbon. Using solid waste to replace part of cement was a very effective way to reduce carbon emissions.
- orthogonal test /
- coal gangue powder /
- high-ductility concrete /
- embodied carbon /
- embodied energy

HTML全文

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