C80高性能混凝土微结构高温损伤演化研究

摘要

高强高性能混凝土因其强度高、承载能力大、性能好的优点，在现代工程中应用广泛。但高强高性能混凝土结构密实，高温下极易发生爆裂，在高强高性能混凝土中添加聚丙烯纤维是较常用的抑制其爆裂的方法。研究高强高性能混凝土内部微结构高温损伤演化的规律，对高强高性能混凝土爆裂机制和聚丙烯纤维抗爆裂机理的研究有重要意义。
　　本文依托国家自然科学基金（批准号：51278325），主要利用 X射线CT技术（CT）对高温下C80高性能混凝土（以下简称HPC）和C80掺聚丙烯纤维高性能混凝土（以下简称PPHPC）进行细观损伤演化研究；使用压汞测试方法（MIP）对C80 HPC和C80 PPHPC进行高温后微观损伤演化研究；使用扫描电镜（SEM）研究高温后C80 PPHPC的微观形貌。主要内容如下：
　　1. CT图像的定性分析
　　通过试验得到HPC、PPHPC在不同温度下的CT图像，对CT图像中混凝土内部各组分进行识别和分析，描述孔隙、裂缝等随温度升高的变化情况。观察发现：HPC、PPHPC中的孔径随着温度的升高而扩大。HPC中一般从400℃时开始出现温度裂缝，裂缝数量较少。PPHPC自300℃开始出现温度裂缝，400℃作用下裂缝数量急剧增多，裂缝数量多于HPC。
　　2. CT图像定量分析
　　对HPC、PPHPC的CT图像进行灰度分析，使用Matlab软件得到HPC、PPHPC CT图像的灰度直方图，并进行像素数量统计。HPC、PPHPC的灰度直方图形状随温度的升高出现峰值左移或者小灰度像素数量增多，像素统计结果发现HPC、PPHPC内部缺陷随温度的升高而逐渐劣化。
　　使用软件对HPC、PPHPC CT图像中的裂缝进行提取，计算裂缝的长度、宽度、面积和周长，追踪裂缝在温升过程中的发展情况，结果显示：单条裂缝的长度、宽度、面积和周长会随着温度的升高而增长。裂缝总数量、总长度、宽度、总面积和总周长都随温度的升高而增大，PPHPC裂缝的总参数大于HPC。
　　3.孔结构分析
　　利用压汞测试技术对不同温度作用后的HPC、PPHPC试件进行孔结构测定。结果显示除300℃外，HPC、PPHPC孔隙率变化趋势相似，HPC、PPHPC平均孔径随温度升高而降低、孔比表面随温度的升高而增加。孔隙分布显示 HPC、PPHPC在400℃作用后劣化严重，在500℃后产生新一轮劣化，600℃、700℃作用后损伤严重。300℃作用后PPHPC劣化开始，HPC劣化已较严重，HPC孔隙形成“蒸养条件”使得孔隙率低于PPHPC，400℃作用后HPC多害孔占比多于PPHPC，掺入聚丙烯纤维改善高强高性能混凝土高温性能。
　　根据分形几何学知识和压汞试验结果，使用两种数学模型计算孔结构的分形维数。研究表明：不同数学模型计算出的分形维数有所不同，HPC、PPHPC的分形维数在不同温度段、不同孔径范围内差别较大，随温度变化显示出不同的分形特征。
　　4.扫描电镜分析
　　使用扫描电镜技术对常温、300℃、500℃作用后PPHPC微观形貌进行观察。常温时，浆体中的C-S-H、Ca(OH)2、钙矾石都能显示出其相应的形貌；钙矾石在300℃时已完全分解，C-S-H逐渐变疏松；500℃作用后， Ca(OH)2已分解，C-S-H极其松散。微观层次上物相的变化直接导致了高强高性能混凝土高温后性能的劣化。

目录

声明

第一章 绪论

1.1研究背景及意义

1.2国内外研究现状

1.3本文研究内容及技术路线

第二章 试验方案

2.1混凝土制备

2.2试件设计

2.3高温处理

2.4试验过程

2.5本章小结

第三章 C80高性能混凝土高温下细观结构演化CT分析

3.1 CT试验及结果

3.2 CT图像定性分析

3.3 CT图像定量分析

3.4本章小结

第四章 C80高性能混凝土高温后微观结构演化分析

4.1 C80高温后孔结构的压汞试验研究

4.2扫描电镜试验

4.3本章小结

第五章 结论及展望

5.1结论

5.2展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间发表论文