纳米CaCO/钢纤维复合增强混凝土韧性的研究

摘要

随着科学技术的迅猛发展，人们对水泥基复合材料提出越来越高的要求。纵然高性能混凝土(HPC)克服了普通混凝土的许多缺点，兼具高工作性、高抗压强度与高耐久性，但仍存在韧性低、抗裂性差等问题。因此如何提高混凝土的韧性和抗裂性是目前一个十分重要的研究课题。
　　 本文通过在水泥混凝土中单掺和复掺纳米CaCO3与钢纤维对混凝土物理力学性能影响的试验研究，分析探讨了纳米CaCO3与钢纤维复合作为混凝土增韧材料的可行性。本文主要进行了以下几个方面的研究：
　　 首先研究了纳米CaCO3对水泥基材料性能物理力学性能以及水化产物和水泥石结构的影响，并对其改性机理进行了探讨。试验结果表明：掺入纳米CaCO3，不仅能够提高新拌混凝土的工作性，且能够增加混凝土各龄期的抗折和抗压强度，其中纳米CaCO3在水泥混凝土中的最佳掺量为水泥质量的1.5％。XRD和SEM试验结果证实，纳米CaCO3的掺入能加速水泥的水化，改善水泥石的界面结构，提高水泥石的致密性，因此能提高水泥石的强度和韧性。
　　 其次探讨了钢纤维掺量、钢纤维形状以及搅拌工艺等因素对混凝土物理力学性能的影响规律。确定出波纹型钢纤维有利于混凝土抗拉性能的改善，而钢纤维在混凝土中的最佳体积掺量为1.5％，以及钢纤维混凝土的制备工艺采用湿拌工艺效果较好。并对钢纤维混凝土的增强机理进行了分析。
　　 最后研究了纳米CaCO3和钢纤维复合掺入对混凝土性能的影响。试验结果表明：在钢纤维体积掺量为1.5％时，纳米CaCO3的最优掺量为水泥质量的2.0％，此时钢纤维混凝土获得最大的密实度，其抗折和抗压强度也达到最大值，同时混凝土获得较好的韧性。与不掺钢纤维的素混凝土和钢纤维混凝土相比，同时掺入纳米CaCO3和钢纤维的复合混凝土劈裂抗拉强度较前两者均有较大程度的提高。
　　 综上所述，以适量的纳米CaCO3和波纹型钢纤维复合掺入到混凝土中，可以大大提高混凝土的韧性和抗裂性。此时可以配制出韧性高、抗裂性好的纳米CaCO3/钢纤维复合水泥混凝土。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1课题研究目的和意义

1.2钢纤维混凝土发展和应用

1.2.1钢纤维混凝土在国内外的发展概况

1.2.2钢纤维混凝土的应用

1.3纳米材料简介

1.3.1纳米材料的特性

1.3.2几种典型的纳米粉体材料

1.3.3纳米粉体改性水泥基材料的研究现状

1.4本文主要研究内容

第二章试验原材料和仪器设备

2.1 试验原材料

2.1.1水泥

2.1.2钢纤维

2.1.3纳米碳酸钙

2.1.4细骨料

2.1.5粗骨料

2.1.6减水剂

2.1.7无水乙醇

2.1.8水

2.2试验用仪器设备

第三章纳米碳酸钙对水泥基材料性能影响的研究

3.1概述

3.2试验方法

3.2.1试验配合比

3.2.2试件制备和养护

3.2.3混凝土和易性和强度试验方法

3.2.4 X射线衍射分析(XRD)方法

3.2.5 SEM分析试验方法

3.3试验结果与分析

3.3.1纳米碳酸钙对混凝土拌合物和易性的影响

3.3.2纳米碳酸钙对混凝土抗折强度的影响

3.3.3纳米碳酸钙对混凝土抗压强度的影响

3.4纳米碳酸钙对水泥水化产物的影响

3.4.1 X射线衍射分析试验结果

3.4.2水泥石的SEM试验结果

3.5纳米碳酸钙对混凝土性能影响的机理

3.5.1纳米碳酸钙改善混凝土和易性的机理

3.5.2纳米碳酸钙对混凝土强度影响的机理

3.6本章小结

第四章钢纤维对混凝土性能影响的研究

4.1钢纤维掺量对混凝土性能的影响

4.1.1试验配合比

4.1.2试件制备与养护

4.1.3试验结果与分析

4.2钢纤维类型对混凝土强度的影响

4.2.1试验配合比与试验方法

4.2.2试验结果与分析

4.3搅拌工艺对混凝土力学性能影响的试验研究

4.3.1试验方法

4.3.2试验结果与分析

4.4钢纤维混凝土增强机理

4.5本章小结

第五章双掺纳米碳酸钙和钢纤维对混凝土性能影响的研究

5.1复掺纳米碳酸钙和钢纤维混凝土的配合比

5.2试件制备与试验方法

5.3试验结果与分析

5.3.1纳米碳酸钙对复合混凝土和易性的影响

5.3.2纳米碳酸钙对复合混凝土力学性能的影响

5.3.3劈裂抗拉强度试验结果

5.4机理分析

5.5本章小结

第六章结论与展望

6.1 结论

6.1.1 纳米碳酸钙对水泥基材料性能影响的研究

6.1.2钢纤维对水泥混凝土性能影响的研究

6.1.3纳米碳酸钙和钢纤维复合掺加对混凝土性能影响的研究

6.2创新点

6.3展望

参考文献

致谢