硬化水泥石高温力学性能演化研究

摘要

目前国内外对混凝土高温力学性能劣化的研究主要是对于不同配合比的混凝土进行研究，但由于混凝土是多相复合材料，这种研究方法的弊端在于不能分清混凝土中各成分的劣化对总体劣化的贡献程度。作为混凝土重要组成部分的硬化水泥石在高温下要经历化学分解等劣化过程，导致水泥石孔隙率的增加以及裂纹的扩展，使原本密实的水泥石变得相对疏松。由于强度属于材料的非固有属性，微观结构的缺陷是强度的主导控制因素，因此高温引入的微观结构的缺陷将导致水泥石强度产生劣化。对混凝土中的重要组分-水泥石进行高温强度劣化研究，对从机理角度掌握混凝土的高温力学性能劣化规律是十分必要的。
　　本文采用试验与理论分析相结合的方法对混凝土中的基质硬化水泥石的高温强度劣化进行研究，从而为从劣化机理的角度对混凝土的强度劣化分析奠定研究基础。试验方面，制作不同配合比的水泥石试件，通过抗压和劈拉试验测定经受不同目标温度的水泥石的抗压和劈拉强度，并观察试验现象及裂纹扩展程度。理论分析方面，通过分析水泥石高温分解各成分体积百分数的变化，结合试验获得的裂纹宽度与深度数据，对高温材料劣化引起的材料应力场的变化进行了分析，并对比了水化分解及裂纹扩展对水泥石力学性能劣化的贡献程度。
　　试验结果表明，在高温作用下，随着温度的升高，水胶比为0.5、0.26和0.26（含硅灰）水泥石试件的质量不断降低，在20℃～100℃温度区段质量下降幅度最大。随着温度的升高，三种配比试件的裂缝宽度、深度和密度呈不断增大的变化规律，硅灰的添加增大了裂缝宽度的发展程度，减小了深度和密度的发展。水胶比为0.5和0.26试件的抗压强度随着温度的上升呈不断下降的趋势，0.26试件的高温强度大于0.5试件;0.26含硅灰的水泥石试件的抗压强度则呈先上升后下降的变化规律，在100℃～450℃温度区段，抗压强度均高于常温强度。在高温作用下，三者的劈拉强度都呈先上升后下降的变化规律，均在100℃时达到最大值，0.26试件的高温强度大于0.5试件，硅灰的添加会降低劈拉强度。模拟结果表明，在高温作用前期(100℃～500℃)裂纹的扩展主导了水泥石抗拉强度的劣化，在高温后期(500℃～700℃)则是孔隙的粗化占据主导地位。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 研究背景

1．2 研究现状

1．3 研究内容

2 试验概况

2．1 试验原材料

2．1．1 水泥

2．1．2 硅灰

2．1．3 高效减水剂

2．1．4 水

2．2 水泥石的试验配合比

2．3 试件制备

2．3．1 仪器设备

2．3．2 成型与养护

2．4 试验方法

2．4．1 水泥石高温试验

2．4．2 抗压强度试验

2．4．3 劈裂抗拉强度试验

2．4．4 现象观察及质量损失测定试验

2．4．5 试件表观裂缝测定试验

3 试验现象与结果分析

3．1 高温作用对立方体抗压强度的影响

3．1．1 试验结果

3．1．2 结果分析与比较

3．2 高温作用对劈裂抗拉强度的影响

3．2．1 试验结果

3．2．2 结果分析与比较

3．3 高温作用对抗压与劈拉强度的影响比较

3．4 机理分析

3．5 试验现象

3．5．1 质量损失

3．5．2 表观形貌

3．5．3 加热现象

3．6 高温作用对表观裂缝的影响

3．6．1 裂缝宽度试验结果分析与比较

3．6．2 裂缝深度试验结果与分析比较

3．6．3 裂缝密度试验结果与分析比较

3．7 本章小结

4 基于损伤的水泥石高温力学性能劣化探究

4．1 水泥石中毛细孔体积百分数高温演化分析

4．2 高温材料劣化引起的应力场变化模拟分析

4．2．1 水化分解引起的应力变化分析

4．2．2 宏观裂缝的产生对应力场的影响

4．3 两种材料劣化对应力分布影响的分析

4．4 本章小结

5 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

作者简历

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