(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210399372.0 (22)申请日 2022.04.15 (71)申请人 华北水利水电大 学 地址 450045 河南省郑州市金 水区北环路 36号 (72)发明人 管俊峰　李列列　姚贤华　鲁猛　 张敏　韩瑞聪　韩爱红　郝颖　 陈珊珊　何双华　牛丽华　 (74)专利代理 机构 郑州盈派知识产权代理事务 所(普通合伙) 41196 专利代理师 樊羿　张晓辉 (51)Int.Cl. G01N 3/08(2006.01) G01N 3/20(2006.01) G01N 3/02(2006.01)G01N 1/28(2006.01) (54)发明名称 钢纤维混凝土断裂韧度与拉伸强度兼容性 调控模型的构建与应用 (57)摘要 本发明公开了一种钢纤维混凝土断裂韧度 与拉伸强度兼容性调控模型的构建与应用， 旨在 解决现有钢纤维混凝土配合比设计中未能兼顾 考虑混凝土强度和断裂韧度的技术问题。 本发明 基于不同钢纤维掺量 Vf,i所浇注成型的试件， 测 定破坏荷载和峰值荷载 Pmax， 进而计算抗压强度 fc、 计算断裂韧度 KIC和拉伸强度 ft， 并建立断裂 韧度KIC,i或拉伸强度 ft,i与钢纤维掺量 Vf,i的定 量关系曲线； 从而实现钢纤维混凝土配合比设计 中， 控制钢纤维混凝土抗压强度 fc不变， 通过改 变配合比中钢纤维掺量 Vf， 调整钢纤维混凝土断 裂韧度KIC和拉伸强度 ft。 本发明易于操作， 够精 度高且易判断结果合理性； 本发 明方法中所用试 件没有限制， 在普通实验室即可满足试件的浇 筑 和测试工作， 成本低且易于实施。 权利要求书2页 说明书6页 附图2页 CN 114965035 A 2022.08.30 CN 114965035 A 1.一种钢纤维混凝土断裂韧度与拉伸强度兼容性调控模型的构建方法， 其特征在于， 包括如下步骤： (1)基于给定 的钢纤维混凝土水灰比w/c和可变的钢纤维掺量Vf,i， 选定相同的水泥标 号和相同筛 分曲线的粗骨料及细骨料， 分别浇筑成型不同钢纤维掺量的立方体抗压强度试 件和三点弯曲试件； (2)分别测定立方体抗压强度试件的破坏荷载 F和三点弯曲试件的峰值荷载Pmax； (3)基于下式计算每种 钢纤维掺 量Vf,i所对应的立方体抗压强度试件抗压强度fc： 式①中， F为实测试件 破坏荷载； A为试件 承压面积； 当各立方体抗压强度试件的抗压强度fc相对误差大于5％时， 则应重新浇筑各类试件， 直至相对误差 ≤5％时， 进行 下一步； (4)基于下式计算每个钢纤维掺量Vf,i对应的三点弯曲试件的断裂韧度KIC,i和/或拉伸 强度ft,i： 其中， ae为试件的等效裂缝长度； σn为试件的名义强度， 其由下式计算： 式③中， Pmax为各试件实测的峰值荷载； W为试件高度； B为试件厚度； S为试件跨度； α为 缝高比； Δafic为试件的虚拟裂缝扩展量； (5)将步骤(4)所得(Vf,i,KIC,i)或(Vf,i,ft,i)， i≥3， 带入y＝ax2+bx+c回归分析得到回归 系数a、 b、 c的值， 从而 建立断裂韧度KIC,i或拉伸强度ft,i与钢纤维掺量Vf,i的定量关系曲线， x表示钢纤维掺量Vf,p， y表示钢纤维掺量Vf,p时， 对应的钢纤维混凝土的断裂韧度KIC,i或拉 伸强度ft,i。 2.根据权利要求1所述的钢纤维混凝土断裂韧度与拉伸强度兼容性调 控模型的构建方 法， 其特征在于， 在所述步骤(1)中， 对每种钢纤维掺量Vf,i成型1组立方体抗压强度试件和3 ～4组三点弯曲试件。 3.根据权利要求2所述的钢纤维混凝土断裂韧度与拉伸强度兼容性调 控模型的构建方 法， 其特征在于， 各立方体抗压强度试件高度Wt相同， 且高度Wt取值范围10 0mm～200mm。 4.根据权利要求2所述的钢纤维混凝土断裂韧度与拉伸强度兼容性调 控模型的构建方 法， 其特征在于， 各三点弯曲试件的缝高比α、 试件厚度B、 跨高比S/W相同， 其中缝高比α 取值 范围为0.1～0.6， 跨高比S/W取值范围为2.5～8， 试件高度W取值范围为 40mm～400mm。 5.根据权利要求1所述的钢纤维混凝土断裂韧度与拉伸强度兼容性调 控模型的构建方 法， 其特征在于， 在所述 步骤(4)中， 式 ②中的等效裂缝长度ae， 由下式计算：权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114965035 A 2式④中， α 为缝高比； a0为初始裂缝长度； Y( α )为几何结构参数。 6.根据权利要求5所述的钢纤维混凝土断裂韧度与拉伸强度兼容性调 控模型的构建方 法， 其特征在于， 对于几何结构参数Y( α )， 当S/W＝2.5时 当S/W＝4时 当S/W＝8时Y( α )＝1.10 6‑1.552α +7.71α2‑13.53α3+14.23α4； 若S/W＝2.5～4或S/W ＝4～8， 采用内插法计算Y( α )； 若S/W＜2.5或S/W＞8， 采用外插法计算Y( α )。 7.根据权利要求1所述的钢纤维混凝土断裂韧度与拉伸强度兼容性调 控模型的构建方 法， 其特征在于， 在所述 步骤(4)中， 式 ③中的虚拟裂缝扩展量Δafic， 由下式计算： Δafic＝ndi‑aVflfffdf     ⑤， 式⑤中， di为骨料特征尺寸， di＝dmax、 dav1、 dav2或dmin， 其中， dmax为粗骨料的骨料最大粒 径， dmin为粗骨料的骨料最小粒径， dav1和dav2为dmax和dmin之间的粒径大小， 且di的取值满足 相对尺寸(W ‑a0)/di≈10， 其中， 若取di＝dmax时， 仍不能相对尺寸(W ‑a0)/di≈10， 则n取1.5、 2、 3、 4、 ...， 以使得相对尺寸(W ‑a0)/ndi≈10； a为试验系数； lf为钢纤维长度、 df为钢纤维直 径、 ff为钢纤维抗拉强度。 8.一种钢纤维混凝 土断裂韧度与强度兼容 性调控方法， 包括如下步骤： (1)给定需要达 到或者设定控制的钢纤维混凝 土KIC， P的具体值； (2)由权利要求1所建立的断裂韧度KIC,i与钢纤维掺量Vf,i的定量关系曲线， 确定出对应 的钢纤维掺 量Vf,p； (3)基于上步所确定的钢纤维掺量Vf,p， 来确定钢纤维混凝土具体配合比， 从而实现钢 纤维混凝 土抗压强度不变条件下的断裂韧度的调整。 9.一种钢纤维混凝 土断裂韧度与强度兼容 性调控方法， 包括如下步骤： (1)给定需要达 到或者设定控制的钢纤维混凝 土的拉伸强度ft,p具体值； (2)由权利要求1所建立的拉伸强度ft,i与钢纤维掺量Vf,i的定量关系曲线， 确定出对应 的钢纤维掺 量Vf,p； (3)基于上步所确定的钢纤维掺量Vf,p， 来确定钢纤维混凝土具体配合比， 从而实现钢 纤维混凝 土抗压强度不变条件下的拉伸强度的调整。 10.根据权利要求8或9所述的钢纤维混凝土断裂韧度与强度兼容性调控方法， 其特征 在于， 所述钢纤维掺 量Vf,p由下式计算： 其中， a、 b、 c为对应的定量关系曲线的回归系数。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114965035 A 3