多尺度纤维增强水泥基材料的性能及机理研究

摘要

水泥基材料自身的结构层次及其破坏过程均体现出较为显著的多尺度特征，针对这一特征，采用大尺寸-低弹模的聚丙烯粗纤维(PPCF)和小尺寸-高模量的玄武岩纤维(BF)设计了一种多尺度纤维增强水泥基材料(MSFRCC)，以期在相应层次、相应阶段实现层层阻裂，进而对水泥基材料的性能进行整体增强。
　　本文对MSFRCC的基本力学性能展开研究，综合考虑增强系数和混杂系数，分析单掺PPCF或BF及混掺PPCF/BF对MSFRCC的抗折强度、抗压强度以及劈裂抗拉强度的影响，确定PPCF和BF各自的合理掺量范围。在确定纤维掺量范围后，着重研究了单掺 PPCF、混掺PPCF和BF以及不同长径比的BF分别对MSFRCC的弯曲韧性、冲击韧性、抗冻性能以及抗盐冻性能的影响，根据试验结果对各性能进行分析评价，并对纤维作用机理进行分析。结果表明，单掺PPCF时，随着纤维掺量的提高，水泥砂浆的峰值荷载、初裂挠度、弯曲韧性指数均先增大后减小，冲击韧性指标呈增大趋势，抗冻性呈降低趋势，抗盐冻性则先提高后降低；PPCF掺量为0.50%时，水泥砂浆的峰值荷载和初裂挠度最大，抗盐冻性最好。PPCF和BF混掺时，固定PPCF掺量为0.50%，随着 BF掺量增加，MSFRCC的峰值荷载、初裂次数呈增大趋势，初裂挠度、弯曲韧性指数、延性指标先增大后减小，抗冻性和抗盐冻性均有所提高，BF的掺量为0.10%时，MSFRCC的初裂挠度值、弯曲韧性指数以及延性指标最大；固定 BF掺量为0.10%，随着PPCF掺量增加，MSFRCC的峰值荷载呈减小趋势，弯曲韧性指数呈增大趋势，抗冻性能呈降低趋势，抗盐冻性则先提高后降低，PPCF的掺量为0.50%时，MSFRCC的延性指标最大，抗盐冻性最好；固定PPCF、BF掺量分别为0.50%、0.10%，随着BF长径比增加，MSFRCC的峰值荷载、初裂挠度、弯曲韧性指数和延性指标均先增大后减小，抗冻性能先提高后降低，抗盐冻性呈增大趋势，BF的长径比为923时，试件的峰值荷载、初裂挠度、弯曲韧性指数以及延性指标均最大，抗冻性能最好。综合评价MSFRCC的各项性能，给出的最佳混掺方案为：PPCF的掺量为0.50%，BF的掺量为0.10%，BF的长径比为923。

目录

第1章 绪 论

1.1 课题背景及研究的目的和意义

1.2 国内外研究现状

1.3 主要研究内容及方案

第2章 试验研究条件及性能测试方法

2.1 试验原材料

2.2 试验配合比

2.3 试验方法

2.4 本章小结

第3章 MSFRCC的力学性能

3.1 增强系数和混杂系数的定义

3.2 MSFRCC的抗折强度

3.3 MSFRCC的抗压强度

3.4 MSFRCC的劈裂抗拉强度

3.5 纤维的作用机理

3.6 本章小结

第4章 MSFRCC的韧性特征

4.1 MSFRCC的弯曲韧性

4.2 MSFRCC的冲击韧性

4.3 本章小结

第5章 MSFRCC的耐久性能

5.1 MSFRCC的抗冻性能

5.2 MSFRCC的抗盐冻性能

5.3 本章小结

结论

参考文献

声明

致谢