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纤维高性能混凝土中高温力学性能研究

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摘要

第1章 绪论

1.1 研究背景

1.2 混凝土高温性能研究进展

1.2.1 表观形貌

1.2.2 弹性模量与应变

1.2.3 拉压试验

1.2.4 冷却方式与静置时间对混凝土的影响

1.2.5 热力学性能研究

1.3 高温作用机理分析

1.4 提高混凝土高温性能的措施

1.4.1 加入增强纤维的混凝土的高温性能

1.4.2 改变胶凝材料组分的混凝土的性能

1.4.3 增强储存核废料的混凝土耐久性的措施

1.5 当前研究中存在的问题

1.6 本文主要研究工作

第2章 混凝土耐久性影响因素的作用机理

2.1 引言

2.2 高性能混凝土的特点

2.3 纤维混凝土的应用

2.3.1 聚丙烯纤维混凝土的应用

2.3.2 钢纤维混凝土的应用

2.4 增强纤维对混凝土的影响

2.4.1 钢纤维对混凝土的影响

2.4.2 聚丙烯纤维对混凝土的影响

2.4.3 纤维混凝土的不均匀性及改进措施

2.5 粉煤灰对混凝土的使用价值

2.6 混凝土渗透机理分析

2.7 本章小结

第3章 纤维高性能混凝土耐久性正交试验

3.1 引言

3.2 试验概况

3.2.1 混凝土配合比的设计方法

3.2.2 试验原材料

3.2.3 正交化配合比设计

3.2.4 试件设计与升温机制

3.3 坍落度的测试

3.3.1 正交试验分析方法的比较

3.3.2 试验结果分析

3.4 抗压试验

3.4.1 测试方法及数据

3.4.2 极差分析

3.4.3 方差分析

3.4.4 试验结果分析

3.5 抗渗试验

3.5.1 测试方法及数据

3.5.2 极差分析

3.5.3 方差分析

3.5.4 试验结果分析

3.6 弯曲韧性试验

3.6.1 测试方法

3.6.2 试验设备及数据

3.6.3 极差分析

3.6.4 方差分析

3.6.5 试验结果分析

3.7 断裂能的测试

3.7.1 测试方法及数据

3.7.2 极差分析

3.7.3 方差分析

3.7.4 试验结果分析

3.8 本章小结

第4章 纤维高性能混凝土耐久性调优试验

4.1 引言

4.2 混凝土配合比的调整

4.3 坍落度及抗压试验

4.4 抗渗试验

4.4.1 抗渗高度及结果分析

4.4.2 抗渗性能与抗压强度的关系

4.4.3 渗透系数及结果分析

4.5 弯曲性能试验

4.5.1 弯曲韧性及结果分析

4.5.2 断裂能及结果分析

4.6 本章小结

第5章 混凝土圆柱体内部温度场测试与模拟

5.1 引言

5.2 混凝土圆柱体温度场的试验测试

5.2.1 试验准备

5.2.2 温度仪表原理简介

5.2.3 试验测试及结果分析

5.3 混凝土圆柱体温度场的数值模拟

5.3.1 热传导的基本假定

5.3.2 热力学参数的选取

5.3.3 加载方式的选择

5.3.4 温度场的数值模拟

5.4 本章小结

第6章 稳定温度场中圆筒的热应力分析

6.1 引言

6.2 轴对称稳定温度场中热应力的解法思想及基本方程

6.3 轴向温度有变化的轴对称稳定温度场产生的热应力

6.3.1 轴向温度为指数函数时圆筒的热应力

6.3.2 轴向温度为三角函数时圆筒的热应力

6.3.3 表面温度为z任意函数时圆筒的热应力

6.4 圆柱体热应力算例

6.4.1 温度场的确定

6.4.2 热应力的求解

6.5 本章小结

第7章 结论与展望

7.1 主要结论

7.2 展望

参考文献

致谢

攻读博士学位期间发表的论文

作者简介

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摘要

核废料安全处置是目前国际上研究的热点和焦点问题。由于核废料长期辐射产生热量,使得储存容器的主要材料—混凝土材料性能发生劣化、容器内部形成温度场并产生热应力,因而提高混凝土中高温后的耐久性、分析混凝土构件中高温时的温度场及热应力对研制储存容器具有十分重要的意义。
  作者通过正交试验明确了短钢纤维、超短钢纤维、聚丙烯纤维、粉煤灰对混凝土常温下、中高温后强度、韧性和抗渗性能的影响;利用最陡坡法,配制了具有较好抗渗性能的混凝土。对混凝土圆柱体在轴对称不稳定温度场中的内部温度分布情况进行了试验测试与数值模拟,并对圆筒构件在轴对称稳定温度场中的热应力进行了解析分析。
  在耐久性分析方面,利用正交试验设计,将作为影响因素的短、超短钢纤维和聚丙烯纤维、粉煤灰掺入到C50混凝土当中,通过极差分析和方差分析研究了其对混凝土的坍落度、常温下及在受热150℃后的抗压强度、抗渗高度、弯曲韧性、断裂能的影响。以受热150℃后的抗渗性能为主,利用最陡坡法对混凝土中因素的掺量做出调整,与钢纤维混凝土及高强混凝土进行了上述试验。经过比较,延长调优峰值试件与高强混凝土的受热时间,对二者的相对渗透系数做出了回归分析。
  在温度分析方面,通过布点对控制温度为100℃、120℃的烘箱中的混凝土圆柱体进行受热3、6、12小时的温度测试,得到了其内部温度和中心处升温速率的变化情况,并利用Ansys采取合理的温度加载方式,对同条件下混凝土圆柱体进行瞬态热分析,得到后并讨论了与试验相符的温度场、合位移分布情况。
  在受力分析方面,考虑了顶端和底端受热不一致,对圆筒在轴向温度有变化、表面温度为z任意函数情况下轴对称稳定温度场中的热应力进行了解析分析,得到了解析解的完整形式;利用指数函数和三角函数的性质,探讨了待定系数的解法;结合测温试验,通过Matlab给出了混凝土圆柱体的计算实例。
  通过以上研究得到:钢纤维对提高混凝土耐久性有明显的作用,短、超短钢纤维混杂效果良好;改善钢纤维的分散性及与基体粘结强度,会更好地增强混凝土的耐久性;受热时间较长后钢纤维高性能混凝土与高强混凝土的抗渗性能相当。

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