钢纤维在混凝土基体中的分布规律及与韧性的关系

摘要

纤维增强水泥基复合材料以其优良的力学性能在建筑领域得到越来越广泛的应用。纤维在基体中能够桥接宏观裂缝，限制微观裂缝的扩展，改善了混凝土力学性能和耐久性。但这种增强作用主要取决于纤维在基体内的空间分布情况。因此，了解基体内部纤维分布情况，对准确判定纤维混凝土的性能具有重要的意义。
　　本文为研究纤维在自密实混凝土和活性粉末混凝土(Reactive powder concrete，RPC)试件内的空间分布情况，采用非破坏性试验-电磁感应法进行了试验研究，分别采用巴塞罗那试验和四点弯曲试验测试了纤维混凝土的韧性，基于图像分析法通过MATLAB编程统计了纤维在破坏截面内的分布情况，主要研究内容如下:
　　(1)利用校准试验首先探讨了电磁感应法用于钢纤维混凝土(Steel fiber reinforcedconcrete，SFRC)试验的可行性，并测试了SFRC试件的电感参数，结果表明:钢纤维含量与电感增量之间存在显著的线性比例关系，可用于估测基体内纤维含量;通过立方体试件三个对立面电感增量比例关系可估计纤维的空间分布情况。
　　(2)为分析了试件局压开裂后的韧性，采用简化的巴塞罗那试验测试了立方体试件的不同方向的局压性能。结果表明:SFRC各向异性，测试方向不同，表现出不同的力学性能和韧性;不同方向分布的纤维对基体有明显的增韧阻裂效果，根据试件开裂后的韧性指标与纤维作用成比例可以预测钢纤维在基体内的不同方向上的分布情况
　　(3)将由电磁感应法和巴塞罗那试验确定的纤维空间分布看作两个单位向量，采用夹角余弦的方法进行分析，两向量相似度较高，可看出用两种试验方法确定的SFRC试件中纤维空间分布基本相同，两种试验方法可以相互验证。
　　(4)基于图像分析法通过MATLAB编程统计了纤维在SFRC梁破坏截面内的分布情况，结果表明:截面内纤维的总根数、纤维平均间距、纤维的方向效能系数与弯曲韧性密切相关，本文建立了截面内纤维分布参数与弯曲韧性之间的关系。
　　(5)研究了各个组分对活性粉末混凝土工作性和力学性能的影响，设计出了抗压强度为138.4MPa，抗弯强度为77.3MPa的配合比。此外，由于剔除了粗骨料活性粉末混凝土基体均匀密实，纤维掺量较高，纤维在基体中呈均匀分布。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究背景

1．2 纤维混凝土增强机理与表征纤维空间分布参数

1．2．1 复合材料理论与纤维方向效能系数

1．2．2 纤维间距理论与纤维平均间距

1．3 纤维空间分布的影响因素

1．3．1 原材料的性能

1．3．2 拌合物的性能

1．3．3 模板的壁效应

1．3．4 浇筑工艺

1．3．5 振捣方式

1．4 混凝土基体中纤维分布的研究方法

1．4．1 破坏性试验

1．4．2 X射线成像技术

1．4．3 交流电阻抗光谱学

1．4．4 四电极法电阻率测量

1．4．5 开放式同轴探针

1．4．6 电磁感应法

1．4．7 C型铁磁探针法

1．5 纤维混凝土韧性试验概述

1．5．1 弯曲韧性试验

1．5．2 巴塞罗那试验

1．6 课题相关内容研究现状

1．7 本文主要工作及思路

2 电磁感应法

2．1 引言

2．2 试验方法简介

2．2．1 试验原理

2．2．2 试验设备

2．3 校准试验

2．3．1 原材料及试验准备

2．3．2 纤维掺量与电感增量之间的关系

2．3．3 纤维分布与电感增量之间关系

2．4 钢纤维在混凝土基体中的空间分布

2．4．1 试验材料及配合比

2．4．2 试验设备与方法

2．4．3 立方体试件试验结果

2．4．4 棱柱体试件试验结果

2．5 本章小结

3 弯曲韧性试验与巴塞罗那试验

3．1 引言

3．2 试验概况

3．2．1 试验材料和配合比

3．2．2 试验方法与设备

3．3 弯曲韧性试验结果与讨论

3．3．1 SCC40系列纤维自密实混凝土

3．3．2 SCC60系列纤维自密实混凝土

3．4 巴塞罗那试验结果与讨论

3．4．1 SCC40系列自密实纤维混凝土

3．4．2 SCC60系列自密实纤维混凝土

3．5 本章小结

4 纤维在混凝土中的空间分布

4．1 引言

4．2 电磁感应法判断纤维的空间分布

4．3 巴塞罗那试验推测纤维空间分布

4．4 纤维空间分布结果对比分析

4．5 梁截面纤维分布分析

4．5．1 图像分析法

4．5．2 破坏截面纤维根数

4．5．3 纤维在破坏截面分布的均匀性

4．5．4 纤维的平均间距

4．5．5 破坏截面处纤维方向

4．5．6 纤维分布与弯曲韧性的关系

4．6 纤维方向效能系数与电感增量之间的关系

4．7 本章小结

5 活性粉末混凝土

5．1 引言

5．2 活性粉末混凝土研究现状

5．3 原材料及试验方法

5．3．1 原材料

5．3．2 试验方法

5．4 配合比设计及优化

5．4．1 配合比初步设计

5．4．2 试验结果分析

5．4．3 配合比优化

5．5 优化配合比基本力学性能

5．5．1 流变性能

5．5．2 抗压强度

5．5．3 弹性模量

5．5．4 弯曲韧性

5．6 纤维在RPC基体中的空间分布

5．6．1 巴塞罗那试验

5．6．2 电磁感应法

5．7 本章小结

结论

参考文献

附录

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢