纤维增强高性能轻骨料混凝土物理力学性能、抗冻性及微观结构研究

论文题目: 纤维增强高性能轻骨料混凝土物理力学性能、抗冻性及微观结构研究

论文类型: 硕士论文

论文专业: 材料学

作者: 董祥

导师: 高建明

关键词: 高性能轻骨料混凝土,钢纤维,有机合成纤维,强度,弯曲韧性,抗冻性,微观结构

文献来源: 东南大学

发表年度: 2005

论文摘要: 与普通混凝土相比,高性能轻骨料混凝土具有轻质、高强、耐久性能好等独特优点,在高层建筑、大跨径桥梁等结构工程中具有广阔的应用前景。但现有的研究表明,高性能轻骨料混凝土的拉压比要小于相同强度等级的普通混凝土,且随着强度的提高,其脆性相应增大,脆性问题使得高强材料的优越性得不到充分发挥;此外,为避免轻骨料缓慢吸放水特性所造成的轻骨料混凝土泵送困难,在制备泵送轻骨料混凝土时通常对所用轻骨料进行加压预吸水处理,但轻骨料压预吸水后,将对所制备轻骨料混凝土的强度和抗冻性产生不利影响。以上两个问题是当前限制高性能轻骨料混凝土在工程中推广应用的两个重要问题。本文针对以上两个问题的解决进行了试验研究和分析探索。通过在高性能素轻骨料混凝土中掺入端钩型、压痕型两种钢纤维以及聚丙烯、聚丙烯腈、高强高弹模聚乙烯三种有机合成纤维来制备纤维增强高性能轻骨料混凝土,并研究不同种类、不同掺量的纤维对高性能轻骨料混凝土物理力学性能的影响。试验结果表明,在轻骨料混凝土中掺入钢纤维具有显著的增强、增韧、阻裂效果,28d立方体抗压强度最高可达72.7MPa,轻骨料混凝土的各项强度指标随着钢纤维掺量的提高均呈上升趋势,其中以抗折强度和劈裂抗拉强度的提高最为显著,当掺入2.0%端钩型钢纤维时,较之素轻骨料混凝土提高幅度分别达81.9%、90.0%,但不足之处在于钢纤维的掺入使得高性能轻骨料混凝土的表观密度有所上升。相比而言,在高性能轻骨料混凝土中掺入适当的有机合成纤维,可以在不增加轻骨料混凝土表观密度、保证其强度的基础上有效增加韧性;特别是掺入纤维强度和弹性模量均较高的聚乙烯纤维,能够明显提高高性能轻骨料混凝土的各项力学性能,当纤维掺量达0.5%时,立方体抗压强度提高13.9%、劈裂抗拉强度提高78.9%、抗折强度提高30.0%。试验发现,纤维的掺入改变了高性能轻骨料混凝土的破坏形式,能够降低脆性、有效提高高性能轻骨料混凝土的韧性,弯曲韧度系数最高可提高14倍。在此基础上,对聚合物的掺入对高性能轻骨料混凝土物理力学性能的影响进行了研究。试验结果表明,聚合物的掺入会明显降低高性能轻骨料混凝土的表观密度、抗压强度和弹性模量;但能有效提高抗拉强度和抗折强度,进一步提高纤维增强高性能轻骨料混凝土的韧性,当聚灰比达0.16时,钢纤维增强轻骨料混凝土、聚乙烯纤维增强轻骨料混凝土的韧度系数是未用聚合物改性的素轻骨料混凝土的32.2倍、22.4倍之多。相比而言,聚合物的掺入对前者的改性效果优于后者,通过扫描电镜(SEM)的观察证实,造成这一差别的最主要原因在于聚合物的掺入对两种纤维-浆体界面过渡区微观结构的影响存在差别。本文通过对利用不预湿轻骨料、加压预吸水轻骨料所制备的高性能轻骨料混凝土性能之间的对比,研究了轻骨料含水状态的不同对所制备轻骨料混凝土强度和抗冻性的影响。结果表明,采用不预湿轻骨料制备的高性能轻骨料混凝土具有很好的抗冻性;轻骨料加压预吸水后,所制备轻骨料混凝土的强度较前者低5.5MPa、300次冻融循环后的相对动弹模比前者低9.44%。在此基础上,研究了不同纤维的掺入对于上述强度、抗冻性下降的改善效果,结果表明,在采用加压预吸水轻骨料制备的轻骨料混凝土中掺入钢纤维和聚丙烯纤维均可有效改善由于轻骨料加压预吸水所造成的强度、抗冻性下降;相比而言,掺入聚丙烯纤维对抗冻性的提高效果更好,其中又以掺入0.10%聚丙烯纤维的效果为最佳。纤维增强高性能轻骨料混凝土的力学性能、抗冻性等宏观性能是其微观结构的反映。本文通过扫描电镜(SEM)对纤维增强高性能轻骨料混凝土中轻骨料-浆体、纤维-浆体两类界面过渡区的微观结构进行了研究,揭示其界面微观形貌,并从微观层面解释了纤维的增强增韧效果、聚合物乳液的掺入对高性能轻骨料混凝土力学性能的影响、以及轻骨料含水状态不同对所制备轻骨料混凝土强度、抗冻性的影响等宏观性能。

论文目录:

中文摘要

英文摘要

第一章绪论

1.1 本文的研究背景

1.2 高性能轻骨料混凝土的研究现状评述

1.2.1 国外研究动态

1.2.2 国内研究动态

1.2.3 现有研究中存在的主要问题

1.3 本文的研究内容和意义

第二章原材料、试验方案设计及试验方法

2.1 试验原材料

2.1.1 粗骨料及其基本性能

2.1.2 纤维及其基本性能

2.1.3 其它试验原材料及其基本性能

2.2 试验方案设计及试验方法

2.2.1 试验方案设计

2.2.2 试验方法

第三章纤维对高性能轻骨料混凝土增强增韧效果研究

3.1 概述

3.1.1 素轻骨料混凝土的脆性问题

3.1.2 纤维对高性能轻骨料混凝土的增强增韧机理

3.2 试验配合比与成型工艺

3.2.1 试验配合比

3.2.2 成型工艺

3.3 纤维对高性能轻骨料混凝土增强效果的试验研究

3.3.1 概述

3.3.2 试验结果与分析

3.4 纤维对高性能轻骨料混凝土增韧效果的试验研究

3.4.1 概述

3.4.2 弯曲韧性评价方法

3.4.3 试验结果与分析

3.4.4 纤维的掺入对高性能轻骨料混凝土破坏形式的影响

3.5 纤维对高性能轻骨料混凝土工作性及表观密度的影响研究

3.5.1 纤维对高性能轻骨料混凝土工作性的影响研究

3.5.2 纤维对高性能轻骨料混凝土表观密度的影响研究

3.6 本章小结

第四章聚合物对高性能轻骨料混凝土物理力学性能影响研究

4.1 概述

4.1.1 研究概述

4.1.2 聚合物改性机理

4.2 聚合物改性高性能轻骨料混凝土试验配合比及养护工艺

4.2.1 试验配合比

4.2.2 养护工艺

4.3 聚合物改性高性能轻骨料混凝土新拌性能研究

4.4 聚合物改性高性能轻骨料混凝土表观密度研究

4.5 聚合物改性高性能轻骨料混凝土力学性能研究

4.5.1 抗压强度

4.5.2 抗拉强度与抗折强度

4.5.3 弹性模量

4.5.4 弯曲韧性

4.6 本章小结

第五章轻骨料含水状态及纤维掺入对高性能轻骨料混凝土抗冻性影响研究

5.1 概述

5.1.1 轻骨料混凝土的泵送问题及轻骨料加压预吸水预处理方法

5.1.2 混凝土的抗冻性及抗冻机理

5.2 试验配合比与成型工艺

5.2.1 试验配合比

5.2.2 成型工艺

5.3 轻骨料含水状态对高性能轻骨料混凝土新拌性能、表观密度及强度的影响

5.3.1 加压对轻骨料吸水性能的影响

5.3.2 轻骨料含水状态对高性能轻骨料混凝土新拌性能的影响

5.3.3 轻骨料含水状态对高性能轻骨料混凝土表观密度的影响

5.3.4 轻骨料含水状态对高性能轻骨料混凝土强度的影响

5.4 抗冻性试验结果及分析

5.4.1 抗冻性试验结果

5.4.2 轻骨料含水状态对高性能轻骨料混凝土抗冻性的影响

5.4.3 纤维对高性能轻骨料混凝土抗冻性的影响

5.4.4 通过掺入纤维来改善泵送轻骨料混凝土的抗冻性能

5.5 本章小结

第六章纤维增强高性能轻骨料混凝土微观结构研究

6.1 概述

6.2 微观试验试样制备与试验方法

6.2.1 试样制备

6.2.2 试验方法

6.3 轻骨料－浆体界面过渡区微观结构研究

6.3.1 早期（3d）轻骨料－浆体界面过渡区

6.3.2 中、后期（7d2、8d）轻骨料－浆体界面过渡区

6.4 纤维－浆体界面过渡区微观结构研究

6.4.1 早期（3d）纤维－浆体界面过渡区

6.4.2 中、后期（7d2、8d）纤维－浆体界面过渡区

6.5 聚合物改性对轻骨料混凝土微观结构影响研究

6.5.1 聚合物改性对轻骨料－浆体界面过渡区微观结构的影响

6.5.2 聚合物改性对纤维－浆体界面过渡区微观结构的影响

6.5.3 聚合物改性对水泥浆体微观结构的影响

6.6 轻骨料不同含水状态对轻骨料混凝土界面微观结构影响研究

6.6.1 早期（3d）轻骨料－浆体界面过渡区

6.6.2 中、后期（7d2、8d）轻骨料－浆体界面过渡区

6.7 本章小结

第七章结论与展望

7.1 结论

7.2 展望

致谢

参考文献

作者在学期间发表的论文和取得的学术成果清单

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发布时间: 2007-06-11

参考文献

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