摘要: 混凝土结构在受到外部约束时由于其自身收缩，会导致混凝土发生开裂现象，严重影响了混凝土结构的力学性能和耐久性能。为解决这一问题，目前国内外常常使用在混凝土材料中添加钢纤维、PVA纤维等纤维材料来限制混凝土的收缩开裂现象。除此之外，由于混... 展开 混凝土结构在受到外部约束时由于其自身收缩，会导致混凝土发生开裂现象，严重影响了混凝土结构的力学性能和耐久性能。为解决这一问题，目前国内外常常使用在混凝土材料中添加钢纤维、PVA纤维等纤维材料来限制混凝土的收缩开裂现象。除此之外，由于混凝土材料的破坏存在多尺度特征，也出现了大量的有关使用不同尺度的纤维混合，以实现不同尺度上对混凝土材料阻裂的研究，但目前大部分研究都是针对相同种类或不同种类宏观纤维混杂、宏观纤维与微观纤维混杂对混凝土相关性能的影响，有关纳米尺度材料与宏观尺度纤维混杂的研究鲜有报道。综合考虑纤维的多尺度增强作用和经济性，本文提出使用钢纤维-绿色可再生剑麻纤维-纳米纤维素（Nanofibrillated Cellulose，NFC）多尺度增强混凝土材料，对其基本力学性能、早期收缩和抗裂性能进行试验研究、数值模拟和分析。具体研究内容和结论如下： （1）研究了不同掺量的钢纤维，剑麻纤维，纳米纤维素单掺、剑麻纤维等体积替代部分钢纤维后双掺和三者混掺对混凝土基本工作性能和力学性能（抗压强度、劈裂抗拉强度、抗折强度）的影响，共22组配合比。结果表明：钢纤维和剑麻纤维均会导致混凝土流动性变差而纳米纤维素改善了混凝土的工作性能。随着钢纤维掺量的增加混凝土抗压强度逐渐增加，劈裂抗拉强度和抗折强度先增大后减小，在1.5%掺量时接近峰值，而剑麻纤维单掺后混凝土基本力学性能没有明显提升。当钢纤维掺量小于1.5%时剑麻纤维等体积替代钢纤维后提高了混凝土的抗压强度。加入0.15%掺量的纳米纤维素和钢纤维、剑麻纤维共同使用，表现出了优异的多尺度增强混凝土力学性能的效果。 （2）通过DIGIMAT建立纤维混凝土的渐进损伤模型和本构关系，并与ABAQUS耦合使用建立混凝土力学试验有限元模型，结果表明最终模拟值与试验值吻合效果良好，该渐进损伤模型和本构关系能够被用来合理预测不同掺量纤维混凝土的力学性能。 （3）测试了22组配合比混凝土的7h-7d早龄期收缩变化和14组配合比混凝土的早期开裂现象。结果表明：钢纤维和剑麻纤维均能抑制混凝土早龄期收缩和早期开裂现象，其中剑麻纤维掺量更少，效果更好。相较于单掺钢纤维，使用剑麻纤维等体积替代部分钢纤维后混凝土的收缩应变值显著降低，并且平板抗裂试验结果为试件24h不出现裂缝。随着纳米纤维素掺量的增加，混凝土收缩应变值先降低后提高，掺量达到0.15%时表现最为优异。综上结果表明：0.15%掺量的纳米纤维素和钢纤维、剑麻纤维组成的多尺度纤维体系对控制混凝土早龄期收缩和提高混凝土早期抗裂性能都最为显著。 收起