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《苏州大学》 2011年
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钢纤维增强混凝土的腐蚀及防护研究

孙敏  
【摘要】:混凝土是当代应用广泛的建筑材料,但是随着混凝土强度的不断提高,其韧性变得较差。而纤维混凝土复合材料可以改善混凝土材料的强度、韧性和抗裂性等性能,其中钢纤维混凝土有着较其它合成纤维混凝土优良的承载能力,是良好的承重结构材料,在建筑、交通、水利等方面发展很快。但在恶劣海洋环境中钢纤维混凝土也会发生锈蚀,从而影响结构的使用性能。 本论文针对钢纤维混凝土的腐蚀问题,完成了以下工作:对钢纤维混凝土的增强机理和腐蚀机理进行了研究,重点研究了海水腐蚀对钢纤维混凝土界面性能和力学性能的影响;提出了采用磷酸锌化学处理法对钢纤维改性的腐蚀防护措施;研究了磷酸锌改性钢纤维混凝土在海水腐蚀环境中的工作性能;提出了钢纤维混凝土强度普适计算模式。 得到了以下的主要结论: 一、通过对钢纤维混凝土结构的分析和实验,发现界面特征对钢纤维混凝土性能的重要性,而海水腐蚀会影响钢纤维水泥基界面的粘结性能。 界面粘结性能是保证钢纤维混凝土优良工作性能的关键,但同时它也是钢纤维混凝土复合材料最薄弱的环节。观测到海水环境腐蚀前后,钢纤维水泥基界面结构和界面粘结强度发生了较大变化:经历模拟海水腐蚀循环后,钢纤维水泥基界面层明显变厚,显微硬度变小,腐蚀环境使得界面层中的弱谷变得更弱,最薄弱点性状与基体的差别越发显著,界面层被削弱。 海水腐蚀环境使钢纤维与水泥基的界面平均粘结强度、纤维脱粘与拔出时所做的功均有明显下降。腐蚀后,纤维与水泥基的界面平均粘结强度降低了20%,而纤维脱粘与拔出时所做的功下降了40%。 二、通过对比试验,发现海水腐蚀前后,钢纤维混凝土构件的抗折强度和弯曲韧性变化较大。 钢纤维弥补了混凝土抗拉强度低的弱点,当钢纤维混凝上基体开裂以后,跨越桥接裂缝的钢纤维开始发挥作用,继续承担由混凝土基体传来的应力。随着裂缝的发展,钢纤维的作用逐渐增大,经过纤维不断的被拔出,曲线逐渐转为下降趋势。从破坏形态来看,未腐蚀试件和受腐蚀的试件开裂时均是首先在纯弯段出现细观裂缝,随着荷载的增加,裂缝不断变宽并向上开展,形成一条主裂缝,这时试件的承载能力显著下降。当裂缝延伸到一定程度时,钢纤维被拔出,试件破坏。 钢纤维混凝土被腐蚀后,钢纤维混凝土试件虽没有出现混凝土剥离现象,但外表均有钢纤维锈迹,钢纤维与混凝土间的粘结性能大大降低,钢纤维的作用未能有效发挥,钢纤维过早被拔出。当钢纤维体积率在0.5%~1.0%时,海水腐蚀会导致钢纤维混凝土构件的抗折强度下降26%~38%。钢纤维混凝土受腐蚀后,试件的韧性降低,钢纤维混凝土构件腐蚀后的弯曲承载能力变化系数降低约29%。腐蚀后,钢纤维对混凝土基体的增韧增强作用减弱。 三、根据腐蚀对钢纤维混凝土界面及宏观力学性能的研究结果,发现钢纤维自身的耐腐蚀性能是保证界面粘结强度和构件强度的关键。结合混凝土工程中的钢材防腐处理措施,同时考虑工程实用性,提出了磷酸锌改性钢纤维的腐蚀防护工艺,并通过加速腐蚀试验证实磷酸锌改性钢纤维自身有着较好的耐海水腐蚀性能。 四、因钢纤维混凝土界面的粘结性能始终是钢纤维混凝土优良工作状态的保证,所以通过界面试验和宏观力学试验进一步检验了磷酸锌改性钢纤维与混凝土界面结构和粘结强度以及构件的强度和韧性。试验证明:磷酸锌改性钢纤维混凝土不仅有良好的耐腐蚀性,同时有较优良的界面特性和力学性能。在模拟海水腐蚀环境中,磷酸锌改性钢纤维混凝土的强度和韧性没有降低。 五、本论文尝试从工程实用角度,结合现有强度理论的特点,提出考虑腐蚀影响效应的钢纤维混凝土强度计算模式。模式的形式简单实用,其中的参数具有明确的物理意义,模式的形式具有普遍适用意义。计算模式的计算结果和试验数据吻合较好。
【学位授予单位】:苏州大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:TU528.572

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【引证文献】
中国硕士学位论文全文数据库 前2条
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