硅灰和聚合物乳液对钢纤维混凝土的断裂性能影响研究

摘要

作为一种新型复合材料，目前钢纤维混凝土发展迅速并在工程领域有了一定运用。为深入扩展研究钢纤维混凝土的性能，本文采用添加硅灰和聚合物乳液的方式对钢纤维混凝土进行改性处理，以期改善钢纤维混凝土的力学性能。为此，在保证配合比不变的情况下，本论文测试了在不同硅灰和聚合物乳液掺量时钢纤维混凝土的工作性能、抗压强度和抗折强度等基本力学性能、在不同试验条件下的断裂力学性能以及水泥石基体表面形貌特征和孔隙分布等。具体研究内容如下:
　　①测试了在不同硅灰和聚合物乳液掺量下新拌钢纤维混凝土的工作性能，通过控制减水剂含量使其坍落度、棍度、保水性等评价指标保持在一定范围内，认为掺入硅灰后钢纤维混凝土坍落度降低流动性变差，而掺入聚合物乳液后钢纤维混凝土的坍落度提高流动性变好。
　　②对混凝土基本力学性能试验的研究表明，硅灰能够明显提高钢纤维混凝土抗压强度和抗折强度，且通常在硅灰掺量为12％时达到最大值，而聚合物乳液对钢纤维混凝土的作用效果不如硅灰。
　　③通过制备钢纤维混凝土缺口梁试件并对其进行三点弯曲梁试验，记录了断裂过程全曲线，通过对断裂全曲线及计算得到的断裂能(GF)、断裂韧度(KIC)和裂缝尖端张开位移(CTOD)进行对比，发现在不同试验条件下钢纤维均能有效改善普通混凝土的断裂性能。钢纤维硅灰混凝土的断裂韧度均随着硅灰掺量的增加而增加，但断裂能和裂缝尖端张开位移呈现一定程度的下降趋势，且通常在硅灰掺量为12％时有最小值;而聚合物乳液则能够缓和应力集中程度，限制裂纹起裂点的裂开和扩展，从而提高钢纤维混凝土的断裂能和裂缝尖端张开位移，使混凝土适应变形的能力提高，但也会造成其断裂韧度一定程度的下降。
　　④通过扫描电子显微镜试验、低温氮吸附孔径分布试验、吸水率及密度试验发现，硅灰和聚合物乳液均能够改善钢纤维混凝土的微观结构，增加混凝土的密实度，降低钢纤维混凝土的比表面积和单位孔体积，同时得到了硅灰和聚合物乳液对钢纤维混凝土密度和孔隙率的影响规律。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景与意义

1．2 钢纤维混凝土的力学理论

1．2．1 复合材料理论

1．2．2 纤维间距理论

1．3 混凝土及纤维混凝土断裂力学研究

1．3．1 混凝土断裂力学的产生和发展

1．3．2 纤维混凝土断裂力学研究进展

1．4 主要的研究内容

第二章 试验原材料及配合比设计

2．1 试验原材料

2．2 钢纤维混凝土配合比设计

2．3 新拌混凝土的工作性能

2．4 本章小结

第三章 钢纤维混凝土基本力学性能研究

3．1 试验方法及结果

3．1．1 试验方法

3．1．2 试验结果

3．2 结果分析

3．2．1 抗压强度试验结果分析

3．2．2 抗折强度试验结果分析

3．2．3 钢纤维混凝土抗压强度和抗折强度预测模型

3．3 本章小结

第四章 硅灰和聚合物乳液对钢纤维混凝土断裂性能的影响

4．1 试验概况

4．1．1 三点弯曲梁试验方法

4．1．2 断裂特征参数计算方法

4．2 钢纤维混凝土的断裂性能

4．2．1 试件的制作与养护

4．2．2 断裂特征参数

4．2．3 三点弯曲变形特点

4．2．4 硅灰和聚合物乳液对钢纤维混凝土断裂韧度影响

4．2．5 硅灰和聚合物乳液对钢纤维混凝土断裂能影响

4．2．6 硅灰和聚合物乳液对钢纤维混凝土裂缝尖端张开位移影响

4．2．7 钢纤维混凝土断裂特征参数预测模型

4．3 钢纤维混凝土在不同养护制度下的断裂性能

4．3．1 试验方案

4．3．2 不同养护制度下混凝土试验结果与分析

4．4 钢纤维混凝土在硫酸盐侵蚀下的断裂性能

4．4．1 试验方案

4．4．2 硫酸盐侵蚀下混凝土试验结果与分析

4．5 钢纤维混凝土在不同基体强度下的断裂性能

4．5．1 试验方案

4．5．2 不同基体强度下混凝土试验结果与分析

4．6 钢纤维混凝土在不同预留缝深度下的断裂性能

4．6．1 试验方案

4．6．2 不同预留缝深度下混凝土试验结果与分析

4．7 钢纤维混凝土在不同龄期下的断裂性能

4．7．1 试验方案

4．7．2 不同龄期下混凝土试验结果与分析

4．8 本章小结

第五章 硅灰和聚合物乳液对钢纤维混凝土微观结构的影响

5．1 扫描电子显微镜(SEM)试验

5．1．1 试验方法概述

5．1．2 试验结果分析

5．2 低温氮吸附孔径分布试验

5．2．1 试验原理

5．2．2 试验仪器装置及样本制备

5．2．3 试验结果分析

5．3 吸水率及密度试验

5．3．1 吸水率试验

5．3．2 密度试验

5．4 本章小结

第六章 结论与展望

6．1 主要结论

6．2 展望

致谢

参考文献

在学期间发表的论文和参与的科研项目