馬義傲 李錚翔 唐艷娟 夏多田

摘要：為研究混雜纖維對(duì)全沙漠砂混凝土力學(xué)性能的影響，將聚乙烯醇纖維（PVA）、聚丙烯纖維（PP）以不同比例混合后摻入全沙漠砂混凝土中進(jìn)行了抗壓、抗折等試驗(yàn)，同時(shí)建立了材料單軸壓縮應(yīng)力-應(yīng)變本構(gòu)模型，并采用ABAQUS軟件進(jìn)行數(shù)值模擬驗(yàn)證。研究結(jié)果表明：在混雜纖維總體積摻量為1.5%的條件下，試件抗壓強(qiáng)度無顯著變化，隨著PVA纖維比例提高，試件抗折強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度及拉伸峰值應(yīng)變明顯提高；較于普通全沙漠砂混凝土，混雜纖維全沙漠砂混凝土峰值應(yīng)力與彈性模量略微降低，變形能力提升顯著；PP纖維和PVA纖維摻量分別為0.5%、1.0%時(shí)具有最優(yōu)的混雜效應(yīng)，與普通全沙漠砂混凝土相比，抗折強(qiáng)度、單軸拉伸強(qiáng)度和延性分別提高了77%、55%、16%；基于過鎮(zhèn)海模型提出的軸壓應(yīng)力-應(yīng)變本構(gòu)模型與試驗(yàn)實(shí)測曲線擬合程度較好，并與ABAQUS軟件的數(shù)值模擬驗(yàn)證結(jié)果相似。

關(guān)鍵詞：全沙漠砂混凝土；聚乙烯醇纖維；聚丙烯纖維；力學(xué)性能；本構(gòu)模型

中圖分類號(hào)：TU528文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼

Effect of mixed fibers on the basic mechanical properties of full desert sand concrete

MA? Yiao1，LI? Zhengxiang1，TANG? Yanjuan1*，XIA? Duotian1，2

（1 College of Water Conservancy & Architectural Engineering，Shihezi University，Shihezi，Xinjiang 832003，China;

2 Xinjiang Production & Construction Groups Engineering Laboratory for Seismic and Energy-Saving Building in High

Earthquake Intensity and Cold Zone，Shihezi，Xinjiang 832003，China）

Abstract： In order to study the effect of mixed fibres on the mechanical properties of all-desert sand concrete，polyvinyl alcohol fibres（PVA fibres）and polypropylene fibres（PP fibres）were mixed in different proportions and then blended into the all-desert sand concrete to conduct the tests of compression and flexural resistance，and the uniaxial compressive stress-strain constitutive model of the material was also established，and numerical simulation was carried out using ABAQUS software for verification.The results show that：under the condition that the total volume of mixed fiber mixing is 1.5%，there is no significant change in the compressive strength of the specimen，with the increase of the proportion of PVA fibers，the flexural strength，tensile strength and tensile peak strain of the specimen increased significantly;compared with the ordinary all-desert sand concrete，the peak stress and modulus of elasticity of the mixed-fiber all-desert sand concrete are slightly reduced，and deformation capacity is significantly improved;PP fiber and PVA fiber dosage of 0.5% and 1.0% respectively have the optimal mixing effect，compared with ordinary all-desert sand concrete，the flexural strength，uniaxialtensile strength and ductility were improved by 77%，55% and 16%，respectively;the axial compressive stress-strain constitutive model based on the Guo Zhenhai model fits well with the experimental measured curves and is similar to the results verified with numerical simulation of ABAQUS software.

Key words： all desert sand concrete;polyvinyl alcohol fibers;polypropylene fibers;mechanical properties;constitutive model

為了保護(hù)自然生態(tài)環(huán)境，緩解河砂資源的過度開采，近年來國內(nèi)外學(xué)者提出以沙漠砂替代河砂，制備沙漠砂混凝土的概念［1-2］。我國新疆地區(qū)沙漠砂資源豐富，將其用于工程中既符合國家綠色發(fā)展理念，又起到節(jié)約工程建造成本的效用［3］。Seif等［4-5］、李志強(qiáng)等［6-8］圍繞不同沙漠砂摻量下的沙漠砂混凝土的基本力學(xué)性能和本構(gòu)方程的系列研究發(fā)現(xiàn)，在混凝土中加入適量的沙漠砂后易形成良好的級(jí)配，且其內(nèi)部孔隙率降低，從而有利于混凝土早期強(qiáng)度的形成，但隨著沙漠砂摻量的提高，其強(qiáng)度、彈性模量和峰值應(yīng)變呈現(xiàn)先減后增再減的趨勢；呂志栓等［3］、生兆亮等［9］、Che等［10］通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)使用沙漠砂制備全沙漠砂混凝土是可行的。然而，由于沙漠砂混凝土存在易開裂收縮等問題而未被廣泛使用［11］，故為了改善沙漠砂混凝土的抗裂性能，有學(xué)者采取加入聚乙烯醇纖維（以下簡稱PVA纖維）和聚丙烯纖維（以下簡稱PP纖維）的物理改性方式進(jìn)行彌補(bǔ)［9，11］。PVA纖維力學(xué)性能優(yōu)異，能夠顯著提高混凝土的劈裂抗拉強(qiáng)度和彎曲抗折強(qiáng)度［12］；PP纖維質(zhì)輕價(jià)廉，耐化學(xué)腐蝕，能夠有效改善混凝土整體性［11］；這2種纖維都能起到增韌阻裂的效果。張成龍等［12］研究表明混合PVA纖維和PP纖維對(duì)材料性能的改善要優(yōu)于單一種類纖維，并具有較好的經(jīng)濟(jì)效益。

綜合分析相關(guān)研究的文獻(xiàn)表明，目前針對(duì)沙漠砂混凝土改性研究以摻入單一種類纖維為主，鮮有關(guān)于混雜纖維對(duì)沙漠砂混凝土性能改善效果的研究［13］，尤其是缺乏非線性分析所需的混雜纖維全沙漠砂混凝土本構(gòu)模型的研究。因此，本文采用不同纖維摻量對(duì)全沙漠砂混凝土進(jìn)行流動(dòng)度測試及抗壓、抗折等力學(xué)性能試驗(yàn)，探究不同纖維摻量對(duì)全沙漠砂混凝土工作性能和基本力學(xué)性能的影響，確定最優(yōu)混摻比例，并基于棱柱體單軸壓縮試驗(yàn)建立混雜纖維全沙漠砂混凝土的本構(gòu)模型，旨在為設(shè)計(jì)和應(yīng)用纖維增強(qiáng)全沙漠砂混凝土提供理論依據(jù)。

1 試驗(yàn)材料與方法

1.1 原材料及配合比

本試驗(yàn)所用沙漠砂取自古爾班通古特沙漠，顆粒外貌見圖1，基本物理性質(zhì)見表1；水泥類型為P·O 42.5；粉煤灰為I級(jí)粉煤灰；原狀脫硫石膏；減水劑采用聚羧酸高效減水劑、可再分散性乳膠粉；試驗(yàn)所用聚乙烯醇纖維（PVA纖維）為改性PVA纖維，纖維外貌見圖2；聚丙烯纖維（PP纖維）為改性PP纖維，纖維外貌見圖3，2種纖維的主要參數(shù)見表2。

CECS 13—2009《纖維混凝土試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》中纖維增韌混凝土中纖維體積率范圍一般為1%～3%，綜合考慮規(guī)范推薦范圍、課題組前期研究成果［1］和經(jīng)濟(jì)性等因素，本次試驗(yàn)確定纖維總體積摻量為1.5%。根據(jù)PVA、PP纖維摻量比例不同，共設(shè)計(jì)6組配合比，包括5組纖維混摻試件與1組對(duì)照組試件，并分別進(jìn)行了流動(dòng)度試驗(yàn)以及單軸抗壓性能、三點(diǎn)彎曲抗折性能、單軸拉伸性能3種基本力學(xué)性能試驗(yàn)，其中：立方體受壓試件采用邊長為70.7mm的立方體試件，三點(diǎn)抗折試件尺寸為160mm×40mm×40mm，單軸拉伸試件尺寸為250mm×60mm×15mm；軸心受壓試件尺寸均為100mm×100mm×300mm；各組試件制備3個(gè)，每組共計(jì)18個(gè)?；谡n題組前期研究結(jié)果，M水泥∶M粉煤灰∶M脫硫石膏∶M沙漠砂=1.5∶7∶0.5∶12.6，減水劑與乳膠粉摻量分別為水泥質(zhì)量的1%、4%，詳細(xì)配合比見表3。

1.2 試驗(yàn)方法

本研究中共進(jìn)行流動(dòng)度試驗(yàn)、單軸抗壓性能試驗(yàn)、三點(diǎn)彎曲抗折性能試驗(yàn)、單軸拉伸性能試驗(yàn)。流動(dòng)度測定方法參考GB/T 2419—2005《水泥膠砂流動(dòng)度測定方法》，單軸抗壓試驗(yàn)參考規(guī)范JGJ/T 70—2009《建筑砂漿基本性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》，三點(diǎn)抗折試驗(yàn)參考規(guī)范GB/T 17671—2021《水泥膠砂強(qiáng)度檢驗(yàn)方法（ISO法）》，單軸拉伸試驗(yàn)參考規(guī)范JC/T 2461—2018《高延性纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料力學(xué)性能試驗(yàn)方法》，試件尺寸、加載裝置參考文獻(xiàn)［1］。本文試件參考文獻(xiàn)［14］中PE-DSECC的制備工藝，采用人工攪拌、分批次投入材料、人工或機(jī)械振搗；同組同齡期制備3個(gè)試件，模具澆筑后覆膜，于自然條件下靜置24h，隨后脫模、編號(hào)，并放入標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)箱（濕度95%，溫度（20±2）℃）中按照齡期養(yǎng)護(hù)至28d，再取出進(jìn)行試驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

試驗(yàn)測得各組材料的各項(xiàng)數(shù)值如表4所示。

2.1 纖維混摻對(duì)全沙漠砂混凝土流動(dòng)度影響

PP纖維、PVA纖維摻量對(duì)全沙漠砂混凝土流動(dòng)度影響的結(jié)果（圖4）顯示：

（1）全沙漠砂混凝土流動(dòng)度隨著PP纖維體積摻量不斷減少、PVA纖維體積摻量不斷增多而逐漸降低，5組材料流動(dòng)度的均值為111.2mm。當(dāng)向全沙漠砂混凝土中摻入摻量為PA1組的纖維時(shí)，流動(dòng)度由154.5mm降至124.5mm，降幅為19.42%。其原因在于PP纖維、PVA纖維與全沙漠砂混凝土之間形成一定的團(tuán)聚網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，從而導(dǎo)致流動(dòng)度降低［12］。

（2）在纖維總體積摻量固定的情況下，PA1組的流動(dòng)度較PA5組高出19.68%，表明PVA纖維對(duì)流動(dòng)度的影響高于PP纖維。這是由于PVA纖維具有親水性，基體材料中的自由水被PVA纖維吸附，漿體中自由水減少，所以全沙漠砂混凝土的流動(dòng)度隨著PVA纖維摻量的增加而大幅減小。這與文獻(xiàn)［15］中相關(guān)的結(jié)果及原因基本一致。

2.2 纖維混摻對(duì)全沙漠砂混凝土力學(xué)性能影響

PP纖維、PVA纖維摻量對(duì)全沙漠砂混凝土力學(xué)性能的影響結(jié)果（圖5、圖6）顯示：

（1）摻入纖維對(duì)全沙漠砂混凝土的抗壓強(qiáng)度并無顯著影響?；鞊嚼w維的各組中抗壓強(qiáng)度最大為PA4組的26.77MPa，相較于對(duì)照組僅提升了1.6%；最小為PA3組的23.12MPa，相較于對(duì)照組降低了12.26%。這是因?yàn)槔w維在約束基體、增大內(nèi)摩擦力的同時(shí)，又作為一種填充物，增加了試件內(nèi)部的缺陷，導(dǎo)致抗壓強(qiáng)度略微降低。這與生兆亮等［9］的研究結(jié)果相同。由上認(rèn)為摻入纖維對(duì)試件的抗壓強(qiáng)度影響較小。

（2）隨著PVA纖維摻量的增加，全沙漠砂混凝土抗折強(qiáng)度呈現(xiàn)先減小后增加的趨勢。PP、PVA體積摻量分別為0.5%和1.0%時(shí)全沙漠砂混凝土抗折強(qiáng)度達(dá)到峰值的9.59MPa，相較于未摻纖維的對(duì)照組抗折強(qiáng)度提升了77%。這是由于纖維在基體中易分散，在試件內(nèi)部亂向分布，相當(dāng)于在試件內(nèi)布置了很多細(xì)小鋼筋，起到纖維增強(qiáng)作用，因而提高了抗折強(qiáng)度，同時(shí)PP纖維的摻入改善了PVA纖維導(dǎo)致流動(dòng)度降低，氣孔率增加的問題，有利于PVA纖維充分分散。這與生兆亮等［9］和張成龍等［12］研究結(jié)果及相關(guān)原因分析基本相同。另外，盡管纖維在試件中存在孔隙、缺陷等消極影響，但在PA4組中2種纖維在試件中協(xié)同發(fā)揮的積極作用占據(jù)了主導(dǎo)地位，從而使抗折強(qiáng)度總體得到提升。

（3）隨著PVA纖維體積摻量升高、PP纖維體積摻量降低，混雜纖維全沙漠砂混凝土的抗拉強(qiáng)度總體上呈現(xiàn)增長趨勢，其中抗拉強(qiáng)度最大值為PA5組的2.60MPa。纖維摻量由PA1變化為PA5時(shí)，抗拉強(qiáng)度提升了88.4%，表明PVA纖維對(duì)混雜纖維全沙漠砂混凝土抗拉強(qiáng)度的影響更為顯著。其原因主要是由于PP纖維與基體粘附性差，界面間隙大，且PP纖維屬于低模量纖維，這與圖7中黑圈標(biāo)出的試件斷口處滑動(dòng)拔出、表面光滑的PP纖維相符；而PVA纖維具有親水性，與基體結(jié)合緊密，且PVA纖維屬于高模量、高抗拉強(qiáng)度纖維，這與張成龍［12］的研究結(jié)果類似，并與圖7中白圈標(biāo)出的試件斷口處被拉斷、末端呈頸縮狀的PVA纖維相符。拉伸峰值應(yīng)變變化的規(guī)律與抗拉強(qiáng)度相似，與之不同的是最大拉伸峰值應(yīng)變?yōu)镻A4組的3.02%，這是因?yàn)樵撆浔认?種纖維具有更優(yōu)的協(xié)同效應(yīng)。

2.3 混雜纖維全沙漠砂混凝土軸心抗壓試驗(yàn)

針對(duì)棱柱體試件進(jìn)行軸心抗壓試驗(yàn)，測定其軸壓應(yīng)力-應(yīng)變曲線，試驗(yàn)加載裝置如圖8所示。

2.3.1 破壞過程及形態(tài)

混雜纖維全沙漠砂混凝土棱柱體試件的破壞形態(tài)（圖9）顯示：

（1）摻入纖維后，因其阻裂效應(yīng)，裂縫間的纖維將應(yīng)力傳至裂縫上下表面，裂縫處應(yīng)力集中程度降低，纖維抑制了裂縫開展，破壞過程更為緩慢，試件延性提高，這與崔濤等［16］相關(guān)研究結(jié)果及原因類似。

外部荷載施加初期，試件內(nèi)部應(yīng)力較小，主要變形為彈性變形，初始微裂縫未發(fā)展，纖維阻裂作用未發(fā)揮，應(yīng)力-應(yīng)變曲線接近直線上升；隨著荷載增加，試件內(nèi)部微裂縫開始擴(kuò)展延伸，并不斷從中部向試件表面發(fā)展，出現(xiàn)垂直微裂縫，此時(shí)由于混雜纖維的阻裂作用，限制了試件表面細(xì)裂縫的發(fā)展，應(yīng)力-應(yīng)變曲線呈非線性關(guān)系，直至試件承載力達(dá)到極限；超過峰值承載力后，試件表面的微裂縫在荷載作用下形成宏觀裂縫，裂縫處的纖維承受很大拉應(yīng)力，起到橋聯(lián)作用，抑制了裂縫發(fā)展速率，此時(shí)應(yīng)力-應(yīng)變曲線快速下降，斜率逐漸變大；最后試件表面裂縫逐漸變寬，纖維被拔出或被拔斷，在此過程中纖維表面與基體間的摩擦作用有效控制了試件承載力的下降，應(yīng)力-應(yīng)變曲線趨于水平，變形增加但荷載變化較小。

上述破壞過程與文獻(xiàn)［14］中的相似。

（2）各組棱柱體試件破壞時(shí)，其側(cè)面產(chǎn)生一條沿著上下對(duì)角線方向貫通的主裂縫。NA組試件出現(xiàn)明顯的脫落現(xiàn)象，類似于普通混凝土的“錐形破壞”；PA1組試件裂縫最多且主裂縫形態(tài)最不清晰，這是因?yàn)镻VA纖維摻量過少，PP纖維控制基體裂紋發(fā)展的能力較差［12］，應(yīng)力隨著PP纖維的滑移向周圍傳遞；PA2組試件裂縫呈現(xiàn)“Y”型，試件對(duì)裂縫開展的抑制能力相較于上一組有所提高，主裂縫較清晰；PA3組試件主裂縫更明顯，表明混雜纖維的協(xié)同效應(yīng)得到進(jìn)一步發(fā)揮；PA4、PA5兩組試件破壞時(shí)都出現(xiàn)一條斜向貫穿的主裂縫，且在附近出現(xiàn)細(xì)小的次生裂縫，PA4組試件的次生裂縫較多，且剪切破壞形態(tài)更為明顯，表明PA4組具有更好的抵抗變形能力，PA5組試件中PP纖維摻量過少，混雜纖維的協(xié)同效應(yīng)相較于上一組有所降低。

2.3.2 應(yīng)力-應(yīng)變?nèi)€

各組試件的應(yīng)力-應(yīng)變曲線如圖10所示，表5為各組試件應(yīng)力-應(yīng)變曲線的特征參數(shù)，其中，彈性模量值取應(yīng)力-應(yīng)變曲線上升段0.4倍fc處割線彈性模量，根據(jù)GB 50010—2010《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》，極限應(yīng)變?nèi)?yīng)力-應(yīng)變曲線下降至0.5倍fc時(shí)所對(duì)應(yīng)的應(yīng)變。

由圖10可知：相較于不摻纖維的對(duì)照組試件，摻入纖維試件的應(yīng)力-應(yīng)變曲線上升段的斜率有所下降，下降段拐點(diǎn)處應(yīng)力與殘余應(yīng)力較高，表明延性有所提升。PA4試件的下降段曲線較其余組試件表現(xiàn)出更好的延性，表明在纖維總摻量為1.5%的情況下，PP纖維和PVA纖維體積摻量分別為0.5%、1.0%時(shí)纖維具有更好的混雜效果。

綜合分析圖10與表5可知：曲線的上升段規(guī)律較為統(tǒng)一，PA4組試件峰值應(yīng)力較于對(duì)照組試件有小幅提高，但摻入纖維的試件峰值應(yīng)力較基體試件整體呈下降趨勢，降幅為11.95%～25.85%；彈性模量相較于對(duì)照組試件有所降低，最大降幅為35.51%；峰值應(yīng)變呈上升趨勢，漲幅為24.94%～56.36%；極限應(yīng)變漲幅更為明顯，為27.07%～72.44%；在纖維總摻量為1.5%的情況下，隨著PVA纖維摻量的增加和PP纖維摻量的降低，試件峰值應(yīng)變與極限應(yīng)變整體呈現(xiàn)上升趨勢；加載經(jīng)過應(yīng)力峰值點(diǎn)后應(yīng)力驟降47.4%～62.8%后出現(xiàn)拐點(diǎn)，應(yīng)力下降速度減緩，應(yīng)力-應(yīng)變曲線接近水平，殘余應(yīng)力較基體有大幅提升。

峰值應(yīng)變與極限應(yīng)變的比值為延性指數(shù)。綜合分析圖11和表5可知，延性指數(shù)整體表現(xiàn)出上升趨勢，摻入纖維后試件的延性都有提升，漲幅為4.90%～15.69%，表明摻入纖維改善了全沙漠砂混凝土的脆性破壞［17］。這是因?yàn)閾饺脒m量的纖維填充了混凝土內(nèi)部空隙，形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)并起到了橋聯(lián)作用，但纖維分布不均出現(xiàn)打結(jié)成團(tuán)現(xiàn)象，造成試件內(nèi)部缺陷增加，與生兆亮等［9］研究結(jié)果的原因分析相同，所以峰值應(yīng)力與彈性模量較于基體試件有所下降，混雜纖維的橋接效應(yīng)抑制了裂縫的發(fā)展速度從而提高了試件延性。PVA纖維與PP纖維摻入全沙漠砂混凝土中顯著改善了其抵抗變形能力，對(duì)其彈性模量與受壓承載力有略微的負(fù)向影響，這與崔濤等［16］研究的相關(guān)結(jié)果一致。

2.4 混雜纖維全沙漠砂混凝土單軸壓縮本構(gòu)模型

2.4.1 現(xiàn)有模型比較

混凝土軸壓應(yīng)力-應(yīng)變曲線主要包括上升段與下降段，多數(shù)學(xué)者采用分段函數(shù)分別進(jìn)行擬合，目前國內(nèi)外學(xué)者常采用的本構(gòu)方程包括多項(xiàng)式、指數(shù)式與有理分式等。當(dāng)前國內(nèi)運(yùn)用最廣泛的是過鎮(zhèn)海模型［18］，該模型形式簡單、參數(shù)較少，同時(shí)考慮到全沙漠砂混凝土具有較大的脆性，其應(yīng)力-應(yīng)變曲線下降段具有更陡峭等特點(diǎn)，故本文選取與其特點(diǎn)較為相似的PET-CGC模型［19］與FR-ACC模型［20］分別對(duì)混雜纖維全沙漠砂混凝土應(yīng)力-應(yīng)變曲線進(jìn)行擬合，本構(gòu)模型見表6，擬合結(jié)果見圖12與表7。

綜上結(jié)果的對(duì)比及分析得知：總體上對(duì)各組混摻纖維全沙漠砂混凝土的應(yīng)力-應(yīng)變曲線擬合精度由高到低排序?yàn)镕R-ACC模型、PET-CGC模型、過鎮(zhèn)海模型。其中FR-ACC模型在PA2組與PA4組中表現(xiàn)最為良好，相關(guān)系數(shù)R2分別達(dá)到了0.932與0.937；過鎮(zhèn)海模型與PET-CGC模型在PA4組中擬合程度最低，R2分別為0.631與0.766。由于在0≤x<1的上升段各個(gè)本構(gòu)模型函數(shù)表達(dá)式一致，故上升段擬合程度一致且均表現(xiàn)良好。在1≤x的下降段中，由于幾乎豎直的快速下降段與殘余應(yīng)力較大的緩慢下降段之間的突變，現(xiàn)有本構(gòu)模型無法較好地?cái)M合出下降段的整體。

2.4.2 應(yīng)力-應(yīng)變曲線擬合

通過比較現(xiàn)有本構(gòu)模型可知，試驗(yàn)曲線上升段與本文選取的混凝土本構(gòu)模型擬合效果較好，但下降段曲線擬合效果并不理想。因此，本文引入一個(gè)新的擬合系數(shù)c，用以實(shí)現(xiàn)快速下降段到緩慢下降段的良好吻合，并提出適用于本文中混摻纖維全沙漠砂混凝土軸心受壓本構(gòu)模型MF-DSC（Mixed Fibers-Desert Sand Concrete），結(jié)果為式（1），與各組應(yīng)力-應(yīng)變曲線的擬合情況見圖13，擬合參數(shù)見表8。

y=ax+（3-2a）x2+（a-x）x3，

y=xb（x-1）c+x。（1）

由圖13、表8可知：MF-DSC模型與本文中各組應(yīng)力-應(yīng)變曲線的擬合程度較好，在各組中的曲線擬合程度均優(yōu)于上述3種現(xiàn)有本構(gòu)模型，

并且對(duì)于應(yīng)力-應(yīng)變曲線中快速下降段與緩慢下降段的過渡也能較好的擬合。表明MF-DSC模型適用于擬合本文中混雜纖維全沙漠砂混凝土軸心受壓應(yīng)力-應(yīng)變曲線。

最終該模型上升段參數(shù)a=0.21，下降段參數(shù)b=8.052、c=1.211，可得以下公式：

y=0.21x+2.58x2+（0.21-x）x3，

y=x8.052（x-1）1.211+x。（2）

2.4.3 數(shù)值模擬驗(yàn)證

利用ABAQUS軟件進(jìn)行數(shù)值模擬，將模擬與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，以驗(yàn)證MF-DSC模型的合理性與可靠性。本文選用混凝土塑性損傷模型（CDP模型）作為材料的本構(gòu)模型，采用能量法計(jì)算。

在ABAQUS中CDP模型的其他相關(guān)參數(shù)取值見表9，用于定義混雜纖維全沙漠砂混凝土的CDP模型所需的數(shù)據(jù)見圖14。

峰值荷載下試件壓縮損傷和拉伸損傷情況（圖15）顯示：試件的損傷從試件中部外表面開始，逐漸向兩端發(fā)展，且與試驗(yàn)結(jié)果接近。

將試驗(yàn)實(shí)測各組試件的應(yīng)力-應(yīng)變曲線與ABAQUS中數(shù)值模擬所得曲線進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果（圖16）顯示：數(shù)值模擬曲線與實(shí)測曲線吻合較好，模擬曲線與實(shí)測曲線的峰值應(yīng)力、峰值應(yīng)變吻合程度較高，大部分曲線段擬合程度也較高，說明提出的MF-DSC模型在本文所研究的混凝土材料中表現(xiàn)出較好的適應(yīng)性。

3 討論

（1）本文混雜纖維全沙漠砂混凝土的破壞形態(tài)主要體現(xiàn)為沿對(duì)角線方向出現(xiàn)一條貫穿試件的主裂縫，這與Seif等［4］及崔濤等［16］中所描述的破壞形態(tài)相類似，不同的是Seif等［4］研究的沙漠砂混凝土由于未摻入纖維，在破壞過程中會(huì)出現(xiàn)明顯的脫落現(xiàn)象。

（2）本文PA4組的立方體抗壓強(qiáng)度與軸壓峰值應(yīng)力與橡膠沙漠砂混凝土［21］及李志強(qiáng)等［6］的沙漠砂混凝土之間存在一定差距。這是原因?yàn)楸疚脑囼?yàn)設(shè)計(jì)考慮綠色、低碳、易獲取等多方面因素，大量使用沙漠砂與煤基固廢，并且纖維的摻入在一定程度上增加了試件內(nèi)部缺陷，所以導(dǎo)致抗壓強(qiáng)度與峰值應(yīng)力有所降低。

（3）本文混雜纖維全沙漠砂混凝土的抗折強(qiáng)度9.59MPa約為采用玄武巖纖維沙漠砂混凝土3.90MPa［22］的2.46倍，約為采用混雜玻璃纖維與PP纖維沙漠砂混凝土［23］（4.10MPa）的2.34倍；峰值應(yīng)變（6.27×10-3）約為文獻(xiàn)［21］（2.13×10-3）的2.94倍，約為文獻(xiàn)［6］（3.08×10-3）的2.04倍；說明PVA纖維與PP纖維混摻對(duì)改善沙漠砂混凝土抗裂性能效果更佳。

（4）后期在保證綠色環(huán)保及經(jīng)濟(jì)效益較好的基礎(chǔ)上，對(duì)本文設(shè)計(jì)的配合比進(jìn)行合理優(yōu)化，以進(jìn)一步提高混雜纖維全沙漠砂混凝土的抗壓強(qiáng)度。

4 結(jié)論

（1）相較于全沙漠砂混凝土，摻入混雜纖維后的流動(dòng)度會(huì)有不同程度的降低，抗壓強(qiáng)度無明顯變化，同時(shí)其峰值應(yīng)力與彈性模量下降。

（2）摻入混雜纖維后全沙漠砂混凝土的變形能力提升顯著，抗折強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度及拉伸峰值應(yīng)變得到明顯改善，軸壓峰值應(yīng)變與極限應(yīng)變提升，軸壓應(yīng)力-應(yīng)變曲線下降段表現(xiàn)出更好的延性且殘余應(yīng)力較大。

（3）在混雜纖維總體積摻量為1.5%的條件下，隨著PVA纖維占比提升，混雜纖維全沙漠砂混凝土力學(xué)性能的改善更為明顯；同時(shí)，纖維混摻比例為PP纖維體積摻量取0.5%、PVA纖維體積摻量取1.0%時(shí)，全沙漠砂混凝土性能獲得顯著提升，其中抗折強(qiáng)度達(dá)到9.59MPa、拉伸強(qiáng)度達(dá)到2.20MPa、延性指數(shù)達(dá)到1.18。

（4）提出了適用于混雜纖維全沙漠砂混凝土的軸壓應(yīng)力-應(yīng)變本構(gòu)模型，該模型能夠較好地描述混雜纖維全沙漠砂混凝土軸壓應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系。

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（責(zé)任編輯：編輯張忠）