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《大连理工大学》 2010年
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超高韧性水泥基复合材料耐久性能试验研究

蔡新华  
【摘要】: 超高韧性水泥基复合材料(Ultra High Toughness Cementitious Composites,简称UHTCC)具有拉伸荷载作用下的应变硬化特性和优异的裂缝控制能力,在拉伸荷载作用下极限拉应变可稳定地达到3%以上,可形成多缝开裂形式且达到极限拉应变时对应的裂缝宽度小于0.1mm。这种新型的高性能纤维增强水泥基复合材料在提高钢筋混凝土结构耐久性、提高结构抗震性能、对旧结构进行维修和翻新等方面具有广阔的应用前景,近十几年来一直是国内外的研究热点。而目前对UHTCC材料的基本力学性能、与钢筋及混凝土复合构件等方面的研究较多,对于其耐久特性的报道却较少。因此,本文在课题组对UHTCC基本力学性能及UHTCC与钢筋混凝土复合构件研究的前期大量工作基础上,对其抗冻性、抗碳化性能、渗透性能等基本耐久特性进行了试验研究和分析,并对UHTCC和锈蚀钢筋的粘结性能,UHTCC取代保护层混凝土梁抵抗钢筋锈蚀性能等进行了试验和分析。论文主要研究内容如下: (1)通过试验室快速冻融试验方法,研究了不同冻融循环次数下UHTCC的质量损失、动弹性模量变化、UHTCC小梁弯曲性能、UHTCC薄板弯曲性能,并与相同试验条件下普通混凝土、钢纤维混凝土和引气混凝土的试验结果进行了对比。结果显示,UHTCC在不掺加引气剂的条件下具有良好的抗冻性能,经过300次冻融循环仍能保持较高的弯曲抗拉强度和弯曲韧性。依据试验结果给出UHTCC在寒冷地区使用时的建议。 (2)通过试验室快速碳化试验方法,对UHTCC的抗碳化性能进行了试验研究。包括无裂缝状态下UHTCC的碳化性能、UHTCC小梁预裂后带裂缝状态下的碳化性能以及UHTCC薄板碳化后的弯曲性能,并与同条件下的普通混凝土试验结果进行对比。结果显示,UHTCC抗碳化性能随龄期的增长逐渐增强,且在承受荷载后具有多条细密裂缝的开裂模式,在裂缝状态下的抗碳化性能明显优于普通混凝土试件;碳化作用能小幅提高UHTCC薄板的抗压强度和初裂弯曲应力,对其弯曲韧性基本没有影响,并依据试验结果和分析对如何评价UHTCC抗碳化性能给出了参考建议。 (3)通过试验室抗渗性试验、快速氯离子渗透试验以及自由氯离子含量测定试验,研究了UHTCC的渗透性能,并与同条件下普通混凝土进行对比。结果显示,UHTCC具有明显优于普通混凝土的抗渗性能、较低的氯离子扩散系数,并随着龄期的逐步增加,UHTCC抗渗性能提高幅度较普通混凝土明显,氯离子扩散系数也随龄期增长而逐步降低。 (4)通过电化学加速锈蚀方法和直接拉拔试验对UHTCC和不同锈蚀率下锈蚀钢筋的粘结性能进行了试验研究和分析,并与普通混凝土试件进行了对比。得到不同锈蚀率下UHTCC与钢筋的平均粘结应力-滑移曲线,采用粘结-滑移连续曲线模型描述了UHTCC与钢筋的平均粘结应力-滑移关系;分析了UHTCC与钢筋之间平均粘结强度随锈蚀率变化的规律,发现UHTCC能够延缓由于钢筋锈蚀而导致的UHTCC与钢筋之间粘结力的减小,起到类箍筋的作用。 (5)采用UHTCC取代钢筋混凝土梁中保护层混凝土的思路,制作了4种不同类型的梁,包括UHTCC层厚度为15mm和50mm,以及钢筋增强混凝土梁和钢筋增强UHTCC梁,通过加速锈蚀试验方法使主筋锈蚀,研究了各梁在经历不同锈蚀时间后的破坏形态、弯曲承载力、弯曲裂缝特征等性能。结果显示,UHTCC具有优越的抵抗保护层锈胀开裂的功能,在较低的锈蚀率水平下UHTCC厚度层为50mm的梁和钢筋增强UHTCC梁极限承载力降低幅度较小,且弯曲裂缝宽度在梁荷载接近屈服时仍然维持在100μm以下,仍然发挥了其优异的裂缝控制能力。 (6)采用弹塑性力学和圆孔扩张分析方法,考虑了UHTCC极限拉应变的影响,得出了UHTCC作为钢筋保护层时发生锈蚀开裂失效时钢筋临界锈蚀率的计算公式,并通过算例说明了UHTCC在抵抗钢筋锈胀力作用方面的有效性,并通过参数分析讨论了UHTCC保护层锈蚀开裂失效时钢筋临界锈蚀率的影响因素。
【学位授予单位】:大连理工大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TU528

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【引证文献】
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【参考文献】
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【共引文献】
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【同被引文献】
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7 冯竟竟;阎培渝;傅宇方;;高温下水泥基复合材料孔隙特征试验研究[A];中国硅酸盐学会水泥分会首届学术年会论文集[C];2009年
8 徐辉;蔡跃波;;天然植物纤维增强水泥基复合材料的耐久性改善措施研究[A];第十二届全国纤维混凝土学术会议论文集[C];2008年
9 郭垂根;韩福芹;邵博;王清文;;稻草增强水泥基复合材料的研究[A];第七届全国纤维水泥制品学术、标准、技术信息经验交流会暨第二届三次中国硅酸盐学会混凝土水泥制品分会纤维水泥制品专业委员会、第二届二次中国硅酸盐学会房建材料分会建筑结构与轻质板材专业委员会论文汇编[C];2008年
10 徐世烺;李庆华;;超高韧性水泥基复合材料基本性能和结构应用研究进展[A];第18届全国结构工程学术会议论文集第Ⅰ册[C];2009年
中国重要报纸全文数据库 前5条
1 北京工业大学材料学院博士 王子明;神奇的功能混凝土[N];中国建材报;2001年
2 中国建筑材料科学研究院高级工程师、博士 王栋民;追忆我的恩师——吴中伟教授[N];中国建材报;2001年
3 叶鼎铨;复合材料[N];中国建材报;2003年
4 李荣惠;用科技为西部大开发“助攻”——后勤工程学院参与西部大开发纪事[N];解放军报;2002年
5 记者 郑欣荣;京沪高铁用上汉产砂浆[N];长江日报;2010年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 国爱丽;高强水泥基复合材料雷达波吸收性能研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
2 蔡向荣;超高韧性水泥基复合材料基本力学性能和应变硬化过程理论分析[D];大连理工大学;2010年
3 高礼雄;掺矿物掺合料水泥基材料的抗硫酸盐侵蚀性研究[D];中国建筑材料科学研究院;2005年
4 王冰;超高韧性水泥基复合材料与混凝土的界面粘结性能及其在抗弯补强中的应用[D];大连理工大学;2011年
5 刘问;超高韧性水泥基复合材料动态力学性能的试验研究[D];大连理工大学;2012年
6 蔡新华;超高韧性水泥基复合材料耐久性能试验研究[D];大连理工大学;2010年
7 何娟;建筑复合材料界面改性研究[D];华南理工大学;2011年
8 郁军;沥青基碳及其复合材料制备与性能研究[D];太原理工大学;2010年
9 王楠;超高韧性水泥基复合材料与既有混凝土粘结工作性能试验研究[D];大连理工大学;2011年
10 杨振杰;胶结界面的微观结构与界面胶结强度强化机理研究[D];西南石油学院;2002年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 钟传国;水泥基复合材料破坏过程细观数值模拟[D];暨南大学;2013年
2 姜海峰;自感知碳纳米管水泥基复合材料及其在交通探测中的应用[D];哈尔滨工业大学;2012年
3 李昕杨;环保型水泥基复合材料制备工艺及性能的试验研究[D];沈阳工业大学;2012年
4 黄东;超高韧性水泥基复合材料拉伸力学行为解析模型[D];大连理工大学;2010年
5 盛莉;稻草-EPS复合轻质保温墙体材料的研究[D];南昌大学;2011年
6 李翠凡;水泥基复合材料抹面胶浆抗裂性研究[D];河北理工大学;2005年
7 王国辉;压电纤维及其水泥基复合材料的制备与性能研究[D];哈尔滨工业大学;2011年
8 唐家元;高亲水聚合物改性水泥基复合材料的研究[D];合肥工业大学;2013年
9 高丽花;聚合物对水泥基复合材料性能影响的研究[D];河北理工大学;2005年
10 薛常喜;自感知镍粉水泥基复合材料及其应用研究[D];哈尔滨工业大学;2013年
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