玄武岩纤维喷射混凝土低温下力学性能与抗冻性研究

摘要

隧道建设面临环境现目前愈发复杂，随着新建川藏线的修建，高寒地区成为不可避免的挑战，考虑引入纤维材料改善混凝土在高寒地区低温环境下的性能十分有必要。玄武岩纤维(BF，Basalt Fiber)是一种新型高性能纤维，力学强度大、耐腐蚀性佳且工作温度范围跨度广，最低工作温度可达-269℃，将之应用于低温、高寒环境喷射混凝土，是较为可取的研究方向。　　因此，本文针对不同长度玄武岩纤维喷射混凝土在标养环境与低温环境下龄期强度发展情况以及低温环境抗冻耐久性进行研究，具体如下：　　1.根据标准养护环境下力学性能试验，对玄武岩纤维喷射混凝土龄期强度发展规律进行研究。试验结果发现：玄武岩纤维对立方体抗压强度等力学性能具有较好的增强效果，但不同长度玄武岩纤维在不同养护龄期下增强效果不一致。16mm玄武岩纤维增强效果整体最佳，显著增强早龄期与成型后力学强度；6mm玄武岩纤维对早龄期劈裂抗拉强度、抗折强度有较大提升；50mm玄武岩纤维对早龄期抗压强度与成型后劈裂抗拉强度与抗折强度提升较大。　　2.低温养护对于喷射混凝土各项力学性能的影响规律基本一致，随温度降低，强度随之降低，但降低到一定负温其强度回升。玄武岩纤维的掺入，可大大提高了喷射混凝土在低温环境下的立方体抗压强度、劈裂抗拉强度以及抗折强度等力学性能，提升效果最佳的是劈裂抗拉强度。且低温环境下玄武岩纤维对喷射混凝土力学性能提升效果随温度降低将变大。　　3.通过快速冻融试验，对玄武岩纤维喷射混凝土抗冻性进行研究。试验结果发现：随着冻融循环次数增大，质量损失率逐渐增大，相对动弹性模量逐渐减小，冻融100次后劈裂抗拉强度、立方体抗压强度出现不同幅度下降。但玄武岩纤维能有效提高喷射混凝土抗冻性，综合评价，16mm玄武岩纤维效果最佳，而50mm玄武岩纤维抗冻性差。　　4.基于损伤理论，以动弹性模量作为损伤因子，对比确定以经验损伤模型作为玄武岩纤维喷射混凝土冻融损伤模型更为精确，提出等效冻融循环次数概念，给出冻融寿命预测方法。根据预测模型判断，喷射混凝土冻融疲劳寿命大小依次为：BF16＞BF6＞SF＞BF50，16mm玄武岩纤维抗冻耐久性最佳。

目录

声明

第1 章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 玄武岩纤维普通混凝土研究现状

1.3 玄武岩纤维喷射混凝土研究现状

1.4 低温环境下混凝土抗冻性能研究现状

1.5 混凝土冻融循环寿命研究现状

1.6 研究内容

1.6.1 研究目的

1.6.2 研究内容

1.6.3 研究方法与技术路线

第2 章玄武岩纤维喷射混凝土配合比设计及试验方案

2.1 试验材料选择

2.2 配合比设计

2.3 试件制作与养护

2.4 试验方案设计

2.4.1 力学性能试验方案

2.4.2 低温试验方案

2.4.3 冻融循环试验方案

2.5 本章小结

第3 章玄武岩纤维喷射混凝土力学性能与龄期强度发展规律研究

3.1 立方体抗压强度试验研究

3.1.1 试验结果统计

3.1.2 养护龄期对立方体抗压强度的影响

3.1.3 纤维种类对立方体抗压强度的影响

3.2 劈裂抗拉强度试验研究

3.2.1 试件破坏过程与试验结果统计

3.2.2 养护龄期对劈裂抗拉强度的影响

3.2.3 纤维种类对劈裂抗拉强度的影响

3.3 抗折强度试验研究

3.3.1 试件破坏过程与试验结果统计

3.3.2 养护龄期对抗折强度的影响

3.3.3 纤维种类对抗折强度的影响

3.4 玄武岩纤维喷射混凝土龄期强度发展规律预测

3.4.1 立方体抗压强度龄期发展规律预测

3.4.2 劈裂抗拉强度龄期发展规律预测

3.4.3 龄期强度预测验证

3.5本章小结

第4 章玄武岩纤维喷射混凝土低温环境力学性能研究

4.1 低温条件下玄武岩纤维喷射混凝土立方体抗压强度试验研究

4.1.1 试验结果统计

4.1.2 低温条件玄武岩纤维对立方体抗压强度的影响

4.2 低温条件下玄武岩纤维喷射混凝土劈裂抗拉强度试验研究

4.2.1 试验结果统计

4.2.2 低温条件玄武岩纤维对劈裂抗拉强度的影响

4.3 低温条件下玄武岩纤维喷射混凝土抗折强度试验研究

4.3.1 试验结果统计

4.3.2 低温条件玄武岩纤维对抗折强度的影响

4.4 低温下玄武岩纤维对喷射混凝土力学性能影响

4.5 本章小结

第5 章 玄武岩纤维喷射混凝土抗冻性能研究

5.1 冻融循环后表层外观变化

5.2 冻融循环后质量损失规律

5.3 冻融循环后相对动弹性模量变化

5.4 冻融循环条件下玄武岩纤维喷射混凝土力学性能

5.4.1 冻融循环立方体抗压强度劣化规律

5.4.2 冻融循环劈裂抗拉强度劣化规律

5.5 本章小结

第6 章玄武岩纤维喷射混凝土冻融破坏寿命预测

6.1 玄武岩纤维喷射混凝土冻融破坏机理

6.2 玄武岩纤维喷射混凝土损伤预测模型

6.3 玄武岩纤维喷射混凝土冻融寿命预测

6.4 本章小结

结论与展望

主要结论

展望

致谢

参考文献

攻读学位期间发表的论文及科研成果