超高韧性水泥基复合材料热膨胀性能及导热性能的研究

摘要

超高韧性水泥基复合材料(UltraHighToughnessCementitiousComposites，简称UHTCC)是一种新型高性能纤维混凝土，具有卓越的韧性和优良的耐久性能。目前国内外关于UHTCC的研究主要集中在其力学性能、收缩等方面，而对UHTCC热性能的研究则少有报道。水泥水化热的存在或遭遇高温，都会使混凝土内部产生温度梯度，导致不均匀变形和较大的内应力，从而促使微裂缝进一步扩展、渗透性增大、耐久性下降。此外，为了推广UHTCC在实际工程中的应用，需要确保它能够与钢筋及混凝土均能共同工作、协调变形，以获得优良的防裂、分散裂缝能力，以及更高的承载力。因此，对UHTCC热膨胀性能和导热性能的研究就显得非常重要。 本文分别采用光纤光栅传感器法、差示热膨胀法以及应变片法测量了两种配合比配制成的UHTCC以及混凝土在25℃—70℃温度区间内的热膨胀系数(CoefficientofThermalExpansion，简称CTE)，将三种测量方法加以对比，对可能影响试验结果的因素进行分析。比较了混凝土和UHTCC的热膨胀系数，分析了UHTCC热膨胀系数较低的原因。结合已有研究成果，分析了UHTCC与混凝土和钢筋共同工作、协调变形的性能。采用防护热板法测量了UHTCC的导热系数，对UHTCC的导热过程进行模拟，分析了试件不同时刻、不同部位的温度情况，对热膨胀系数测试中试件的加热过程加以验证。 结果表明：在25℃—70℃温度区间内，UHTCC的热膨胀系数介于7～9x10-6℃-1之间，而混凝土的热膨胀系数约为9.1×10-6℃-1，钢筋的热膨胀系数约为12×10-6℃-1，均与UHTCC相差不大，说明在热荷载作用下，UHTCC能够与混凝土及钢筋达到变形协调，共同工作。采用防护热板法测得UHTCC的导热系数为0.529w/m·k，低于混凝土和砂浆。对UHTCC试件的热传导模拟表明，光纤光栅法和应变片法测量热膨胀系数时的加热过程较为合理。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1选题背景和研究意义

1.2超高韧性水泥基复合材料

1.2.1 UHTCC概述

1.2.2超高韧性水泥基复合材料在国内外的研究现状

1.2.3超高韧性水泥基复合材料的基本力学性能

1.2.4超高韧性水泥基复合材料在工程中的应用

1.3本文主要工作

2光纤光栅法测量UHTCC的热膨胀系数

2.1国内外热膨胀性能测试方法的发展状况

2.1.1国外水泥基复合材料热膨胀性能研究状况

2.1.2国内水泥基复合材料热膨胀性能研究状况

2.2布拉格光纤光栅传感器简介

2.3光纤光栅传感器的测量原理

2.4热膨胀系数测定试验

2.4.1实验材料及其力学性能

2.4.2试件设计与制作

2.4.3实验装置及方法

2.5实验过程及结果分析

2.6本章小结

3差示热膨胀法测量UHTCC的热膨胀系数

3.1试件制作及准备

3.2实验过程

3.3实验结果及分析

3.4本章小结

4应变片法测量UHTCC的热膨胀系数

4.1实验原理

4.2试件制作

4.3实验设备及实验过程

4.4实验结果及分析

4.5本章小结

5UHTCC导热系数测量及热传导过程模拟

5.1 UHTCC导热系数测量

5.1.1导热系数测量的意义及方法

5.1.2实验设备及测量过程

5.1.3测量结果与分析

5.2热传导模拟

5.2.1热传导概念及热传导方程

5.2.2 UHTCC试件热传导分析

5.3本章小结

6结论与展望

6.1本文结论

6.2研究前景与展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致 谢