超高韧性水泥基复合材料热膨胀性能及导热性能的研究

论文摘要

超高韧性水泥基复合材料（Ultra High Toughness Cementitious Composites,简称UHTCC）是一种新型高性能纤维混凝土,具有卓越的韧性和优良的耐久性能。目前国内外关于UHTCC的研究主要集中在其力学性能、收缩等方面,而对UHTCC热性能的研究则少有报道。水泥水化热的存在或遭遇高温,都会使混凝土内部产生温度梯度,导致不均匀变形和较大的内应力,从而促使微裂缝进一步扩展、渗透性增大、耐久性下降。此外,为了推广UHTCC在实际工程中的应用,需要确保它能够与钢筋及混凝土均能共同工作、协调变形,以获得优良的防裂、分散裂缝能力,以及更高的承载力。因此,对UHTCC热膨胀性能和导热性能的研究就显得非常重要。本文分别采用光纤光栅传感器法、差示热膨胀法以及应变片法测量了两种配合比配制成的UHTCC以及混凝土在25℃-70℃温度区间内的热膨胀系数（Coefficient ofThermal Expansion,简称CTE）,将三种测量方法加以对比,对可能影响试验结果的因素进行分析。比较了混凝土和UHTCC的热膨胀系数,分析了UHTCC热膨胀系数较低的原因。结合已有研究成果,分析了UHTCC与混凝土和钢筋共同工作、协调变形的性能。采用防护热板法测量了UHTCC的导热系数,对UHTCC的导热过程进行模拟,分析了试件不同时刻、不同部位的温度情况,对热膨胀系数测试中试件的加热过程加以验证。结果表明:在25℃-70℃温度区间内,UHTCC的热膨胀系数介于7～9×10-6℃C-1之间,而混凝土的热膨胀系数约为9.1×10-6℃-1,钢筋的热膨胀系数约为12×10-6℃C-1,均与UHTCC相差不大,说明在热荷载作用下,UHTCC能够与混凝土及钢筋达到变形协调,共同工作。采用防护热板法测得UHTCC的导热系数为0.529w/m·k,低于混凝土和砂浆。对UHTCC试件的热传导模拟表明,光纤光栅法和应变片法测量热膨胀系数时的加热过程较为合理。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 选题背景和研究意义
• 1.2 超高韧性水泥基复合材料
• 1.2.1 UHTCC概述
• 1.2.2 超高韧性水泥基复合材料在国内外的研究现状
• 1.2.3 超高韧性水泥基复合材料的基本力学性能
• 1.2.4 超高韧性水泥基复合材料在工程中的应用
• 1.3 本文主要工作
• 2 光纤光栅法测量UHTCC的热膨胀系数
• 2.1 国内外热膨胀性能测试方法的发展状况
• 2.1.1 国外水泥基复合材料热膨胀性能研究状况
• 2.1.2 国内水泥基复合材料热膨胀性能研究状况
• 2.2 布拉格光纤光栅传感器简介
• 2.3 光纤光栅传感器的测量原理
• 2.4 热膨胀系数测定试验
• 2.4.1 实验材料及其力学性能
• 2.4.2 试件设计与制作
• 2.4.3 实验装置及方法
• 2.5 实验过程及结果分析
• 2.6 本章小结
• 3 差示热膨胀法测量UHTCC的热膨胀系数
• 3.1 试件制作及准备
• 3.2 实验过程
• 3.3 实验结果及分析
• 3.4 本章小结
• 4 应变片法测量UHTCC的热膨胀系数
• 4.1 实验原理
• 4.2 试件制作
• 4.3 实验设备及实验过程
• 4.4 实验结果及分析
• 4.5 本章小结
• 5 UHTCC导热系数测量及热传导过程模拟
• 5.1 UHTCC导热系数测量
• 5.1.1 导热系数测量的意义及方法
• 5.1.2 实验设备及测量过程
• 5.1.3 测量结果与分析
• 5.2 热传导模拟
• 5.2.1 热传导概念及热传导方程
• 5.2.2 UHTCC试件热传导分析
• 5.3 本章小结
• 6 结论与展望
• 6.1 本文结论
• 6.2 研究前景与展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢