自密实高性能轻骨料混凝土力学性能与粘结锚固性能研究

摘要

轻骨料混凝土（lightweight concrete, LWC）具有轻质高强、保温隔热、耐火抗冻等特点，能够显著改善结构的抗震性能和耐久性。但破坏发生在骨料处，导致弹性模量低，延性问题突出，且施工过程中存在骨料上浮，引起粗细骨料分层现象严重。采用纤维增韧的自密实轻骨料混凝土（self-compacting lightweight concrete, SCLC）兼具轻骨料混凝土和自密实混凝土的优势，能够显著提高延性和改善轻骨料混凝土的施工工艺，但国内外在该方面开展研究较少。因此，本文结合现有研究进展，对自密实高性能轻骨料混凝土的配合比设计、工作性能、破坏机理、微观结构特征、粘结滑移等进行了系统的研究，主要包括以下几方面：
　　（1）配合比设计与工作性能。以固定砂石体积法和全计算法为理论依据，选用合适的原材料，通过调整水胶比、外加剂含量，经过多次试配，设计了强度等级为LC40、LC50的SCLC及四种纤维改性自密实高性能轻骨料混凝土；开展了流动扩展度试验、V型漏斗试验、L型槽试验及U型槽试验并通过混凝土断面图观察骨料的分布情况。研究表明：设计的六组SCLC的工作性能良好，能够满足实际工作要求；
　　（2）基本力学性能。通过试验，系统的对立方体抗压强度、劈裂抗拉强、抗折强度等力学性能进行了研究，深入分析了纤维对其力学性能的影响。研究表明：SCLC中粗骨料的剪切破坏是导致其呈现明显脆性破坏的重要原因，纤维的加入能够显著提高SCLC的劈裂抗拉强度、抗折强度，提高其韧性，改善脆性破坏特征，提高延性；
　　（3）微观结构特征。采用电镜扫描技术对微观试验试样中不同龄期、不同外掺矿物的粗骨料—浆体界面、纤维—浆体界面等进行了多倍数的观察分析。结果显示：SCLC的界面过渡区非常致密，粘结性能优于普通自密实混凝土，纤维的掺入增加了浆体与骨料界面处的连接，提高了延性；
　　（4）与变形钢筋的粘结锚固性能。设计了10组中心拉拔试验试件，分析了混凝土强度等级、钢筋直径、钢筋锚固长度、不同纤维掺量对SCLC与钢筋粘结锚固的影响规律及原因，提出了SCLC粘结强度的计算模型，建立了自密实高性能轻骨料混凝土与钢筋的应力-滑移本构关系模型。研究表明：SCLC中浆体强度和骨料强度共同决定黏结强度，且浆体强度影响大于粗骨料，建议的滑移本构关系模型与试验结果吻合较好。
　　论文研究成果可为轻骨料混凝土的工程实际应用提供理论基础，能够为改善 LWC的延性提供思路，具有重要理论意义和实际价值。

目录

声明

第一章 绪论

1.1研究背景与研究意义

1.2轻骨料混凝土

1.3自密实混凝土

1.4自密实轻骨料混凝土

1.5本文研究的主要内容

第二章 自密实高性能轻骨料混凝土配合比设计及工作性能试验研究

2.1配合比设计

2.2实验室配比设计

2.3工作性能试验研究

2.4本章结论

第三章 自密实高性能轻骨料混凝土力学性能

3.1抗压强度

3.2劈裂抗拉强度

3.3抗折强度试验及分析

3.4纤维改善自密实轻骨料混凝土力学性能的机理研究

3.5本章结论

第四章 自密实高性能轻骨料混凝土微观结构试验

4.1微观试验试样制备与试验方法

4.2材料微观结构

4.3自密实高性能轻骨料混凝土轻骨料—浆体界面微观结构研究

4.4自密实高性能轻骨料混凝土纤维—浆体界面微观结构研究

4.5 SCLC、SCC粗骨料—浆体界面微观结构对比研究

4.6本章结论

第五章 自密实高性能轻骨料混凝土粘结锚固性能

5.1试验设计

5.2试验结果及影响因素分析

5.3粘结强度计算

5.4粘结滑移本构关系

5.5本章结论

第六章 结论与展望

6.1结论

6.2展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢