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混杂纤维高性能混凝土高温后微观结构研究

王万平  
【摘要】:高性能混凝土内部结构致密,强度高,在隧道和地下工程中应用广泛。但高性能混凝土存在高温下易爆裂和抗拉性能差等缺点,为改善其不足将聚丙烯纤维和钢纤维掺入混凝土中。聚丙烯纤维能有效改善高性能混凝土高温爆裂;钢纤维对提高混凝土高温残余抗压强度和劈拉强度起到明显作用。本文依托国家自然科学基金青年科学基金项目:混杂纤维对高性能混凝土隧道管片火灾高温后性能影响及改善机理研究(51678100)。主要研究内容和研究结果如下:(1)为明确不同种类及掺量纤维对高温后C50高性能混凝土宏观性能的影响,本文研究了 20℃、200℃、400℃、600℃和800℃不同温度作用下,钢纤维混凝土、聚丙烯纤维混凝土、混掺钢-聚丙烯纤维混凝土及不掺纤维的素混凝土的高温试验现象、质量损失、外观形貌、抗压强度、劈拉强度和高温爆裂等指标随温度的改变规律。试验结果表明,纤维掺入增大了混凝土高温后的质量损失率。钢纤维有效提高了常温和高温后混凝土的抗压和劈拉强度,且随着掺量增加,强度的提升越明显。聚丙烯纤维有效防止了混凝土发生高温爆裂。混掺纤维的混凝土试件综合了两者优点。(2)微观结构的改变极大地影响混凝土的宏观性能。本研究通过扫描电镜和supereyes数码显微镜定性的对纤维混凝土高温后微、细观形貌的变化进行探讨;通过压汞试验定量分析纤维混凝土高温后的孔表面积、平均孔径、孔隙率、孔径分布和孔隙占比的变化规律。通过扫描电镜和supereyes数码显微镜观测得知,400℃后水化产物产生微小裂纹,600℃和800℃作用下,裂缝逐渐贯通,钢纤维对力学强度的增强作用大大减弱。压汞试验表明,200℃之前孔表面积和平均孔径无劣化现象,200℃后随温度不断升高,孔表面积减小,平均孔径和孔隙率不断升高,600℃后纤维混凝土试件孔表面积、平均孔径和孔隙率较素混凝土试件劣化明显,最可几孔径明显增加。(3)混凝土的宏观力学性能与微观结构之间的关联研究至关重要,传统数理分析方法无法准确得出两者的统计规律,本研究采用分形理论和灰关联理论研究混凝土内部孔隙特征,探讨孔表面积、平均孔径、孔隙率及孔径分布等孔结构参数与力学强度的关联。结果表明,孔结构参数中孔表面积与力学强度的灰关联度最大,对强度影响最大;孔隙占比中孔径超过200nm的孔隙与抗压强度的灰关联度最高,此规律和孔体积分形维中孔径大于50nm的分形维数与抗压强度的灰关联度最高一致;而与劈拉强度灰关联度最高的是孔隙占比中孔径为20nm~50nm的孔隙,这和孔体积分形维中孔径小于50nm的分形维数与劈拉强度的灰关联度最高的规律一致。


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