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绿色高韧性纤维增强水泥基复合材料的研究

2020-12-06阅读(321)

绿色高韧性纤维增强水泥基复合材料的研究

论文摘要

混凝土因取材广泛、价格低廉、抗压强度高、易于制备成各种形状等优点而获得广泛的应用。但普通混凝土同时还存在拉压比低、断裂韧性低、脆性大,容易收缩开裂等本质缺点。本文针对普通混凝土存在的上述弊端,利用低纤维体积率的高强高弹聚乙烯醇纤维提高水泥基材料的断裂韧性,并使该材料在弯拉荷载作用下呈现多缝开裂具有伪应力应变硬化曲线特征。本文以细观力学为理论基础,探讨了高韧性纤维增强水泥基复合材料的制备方法。系统研究了水胶比、矿物掺合料(粉煤灰、矿渣)种类及掺量、纤维的种类及掺量、骨料颗粒级配对高韧性纤维增强水泥基复合材料的新拌性能及力学性能的影响,获得了以下主要研究结果:(1)为了获得不同强度等级的ECC,采用了0.25和0.35两种水胶比,水胶比的变化明显改变了四点弯曲试验中ECC的跨中挠度和韧性指数,0.35水胶比的韧性与延性高于0.25水胶比的韧性与延性,跨中挠度均可达到20mm以上。0.25水胶比的ECC的抗压强度在60MPa以上,满足对高强混凝土强度等级的要求。0.35水胶比的抗压强度在30MPa以上,满足对普通混凝土强度等级的要求。(2)为了研究粉煤灰对ECC力学性能的影响,粉煤灰掺量在45%至55%的变化范围内,随着粉煤灰掺量的增加,各龄期的抗折和抗压强度逐渐降低,ECC的跨中挠度和韧性指数略有提高,在满足抗压强度的前提下,适当增加粉煤灰掺量有助于进一步提高ECC的韧性和延性。(3)PVA纤维掺量是决定ECC材料韧性最重要的参数。当PVA纤维掺量由2%降为1%时,ECC的韧性降低了33.7%,但PVA纤维掺量为1%的ECC表现为伪应变硬化特征,跨中挠度仍是不加纤维的跨中挠度的16倍。纤维掺量对ECC材料的抗压、抗折强度有一定影响,随着PVA纤维掺量增加,ECC材料的抗折和抗压强度降低。(4)尝试利用碳纤维与PVA纤维混杂改善低水胶比ECC材料的韧性和延性,但效果不明显,高混杂纤维掺量的ECC的韧性指标高于低混杂纤维掺量的,同样也降低水泥基复合材料的抗折和抗压强度。(5)为了扩大ECC原材料的适用范围,研究了粗砂对ECC的韧性和延性的影响。粗砂ECC的新拌性能、韧性和延性明显低于细砂ECC的上述指标。基于颗粒最紧密堆积原理掺入一定比例的石粉,粗砂加石粉ECC的韧性和延性有显著改善,且石粉有助于提高粗砂ECC的抗折和抗压强度。(6)为了研究矿渣对ECC力学性能的影响,在矿渣掺量50%、70%和80%三个掺量下,水泥基复合材料的韧性指数依次增加,即矿渣掺量的增加可以提高水泥基复合材料的韧性。水泥基复合材料的韧性受基体龄期的影响。但矿渣掺量的增加降低了基体的抗折和抗压强度。(7)为了改善单掺矿渣的韧性,采用复掺的方案。硅灰和矿渣复掺比粉煤灰和矿渣复掺的韧性好,粉煤灰和矿渣复掺好于单掺矿渣的韧性,但粉煤灰和矿渣复掺降低了基体抗压强度,硅灰和矿渣复掺提高了水泥基复合材料的韧性和抗折、抗压强度。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 第1章 绪论
  • 1.1 纤维混凝土
  • 1.2 高韧性纤维增强水泥基复合材料
  • 1.3 ECC 国内外的研究现状
  • 1.3.1 PVA-ECC 在国外的研究现状
  • 1.3.2 PVA-ECC 在国内的研究现状
  • 1.4 本文研究的内容
  • 第2章 原材料与试验方案
  • 2.1 原材料
  • 2.1.1 水泥
  • 2.1.2 矿物掺合料
  • 2.1.3 骨料
  • 2.1.4 减水剂
  • 2.1.5 纤维
  • 2.1.6 水
  • 2.1.7 试验设备
  • 2.2 试验方案
  • 2.2.1 ECC 的制备
  • 2.2.2 ECC 的力学性能测试
  • 2.2.3 ECC 的破坏形式观察
  • 2.3 本章小结
  • 第3章 高掺量粉煤灰ECC 的力学性能
  • 3.1 水胶比对ECC 的力学性能的影响
  • 3.1.1 水胶比对ECC 的荷载-挠度的影响
  • 3.1.2 水胶比对ECC 的抗折和抗压强度的影响
  • 3.2 粉煤灰掺量对ECC 的力学性能的影响
  • 3.2.1 粉煤灰掺量对ECC 荷载-挠度的影响
  • 3.2.2 粉煤灰掺量对ECC 的抗折和抗压强度的影响
  • 3.3 纤维掺量对ECC 的力学性能的影响
  • 3.3.1 纤维掺量对ECC 荷载-挠度的影响
  • 3.3.2 纤维掺量对ECC 的抗折和抗压强度的影响
  • 3.4 混杂纤维对ECC 的力学性能的影响
  • 3.4.1 混杂纤维对ECC 的荷载-挠度的影响
  • 3.4.2 混杂纤维对ECC 的抗折和抗压强度的影响
  • 3.5 骨料种类对ECC 的力学性能的影响
  • 3.5.1 骨料种类对ECC 的荷载-挠度的影响
  • 3.5.2 骨料种类对ECC 的抗折和抗压强度的影响
  • 3.6 高掺量粉煤灰ECC 的微观结构
  • 3.7 本章小结
  • 第4章 高掺量矿渣ECC 的力学性能
  • 4.1 矿渣掺量对ECC 的力学性能的影响
  • 4.1.1 矿渣掺量对ECC 的荷载-挠度的影响
  • 4.1.2 矿渣掺量对ECC 的抗折和抗压强度的影响
  • 4.2 粉煤灰和矿渣复掺对ECC 的力学性能的影响
  • 4.2.1 粉煤灰和矿渣复掺对ECC 的荷载-挠度的影响
  • 4.2.2 粉煤灰和矿渣复掺对ECC 的抗折和抗压强度的影响
  • 4.3 高掺量矿渣ECC 的微观结构
  • 4.4 本章小结
  • 结论
  • 参考文献
  • 致谢

    • 相关论文文献

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