收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

超高性能混凝土的级配效应研究

龚建清  
【摘要】: 超高性能混凝土(UHPC)由于具有超高强度和优异的耐久性,已成为水泥基复合材料发展的重要方向。但是,混凝土作为脆性材料,其抗拉性能低仍是工程中一个难题。如何进一步提高超高性能混凝土的抗压强度和抗拉强度,并增强其韧性,一直是混凝土研究工作者的目标。 为此,本文针对超高性能混凝土材料中水泥粒径区以下矿物微粉与水泥的颗粒级配进行了研究。在CPM密实度模型指导下,研究了矿物微粉的级配对低水胶比水泥基复合胶凝材料浆体中的密实填充效应,探讨了微粉颗粒的级配效应对水泥浆体流变性能和硬化性能的影响。同时,针对超高性能混凝土抗拉性能低这一特点,在满足成型工艺的前提下,在其中掺入不同的纤维,并改变几种纤维之间的比例,通过对其劈裂抗拉强度和轴心抗拉强度等性能的研究,考察了纤维的级配效应。 通过对上述超高性能混凝土水泥基复合胶凝材料矿物微粉的级配效应和钢纤维的级配效应进行系统的试验研究和分析,取得了如下主要成果: (1)论述了可压缩堆积模型的理论基础和基本假设,并对其中几个关键公式进行了详细的数学推导,同时对模型应用于粉体颗粒堆积密实度计算中的两个关键问题进行了讨论:1)从数学上证明了求解密实度Φ时必须取非线性方程的最小解,并通过科学计算软件MATLAB予以实现;2)明确了计算多相多粒级粒径分布曲线混合颗粒体系堆积密实度的计算方法、参数设定和反算程序。 (2)分析了纤维的增强机理,以及纤维的协同作用,并对纤维的协同作用进行了推导。结果表明:在满足试件成型工艺条件下,纤维协同作用主要体现在两个方面:一是提高了基体的初裂抗拉强度和初裂抗拉应变,二是显著改善了纤维与混凝土基体的界面质量,使混凝土开裂后的极限拉应力提高。 (3)颗粒级配与新拌浆体的流变特性和经时变化有着密切联系。颗粒级配越好,新拌浆体的屈服剪应力和塑性粘度越小,浆体经时损失也减小。 (4)水胶比越小,水泥浆体的屈服剪应力和塑性粘度增长越快。但改善体系的颗粒级配有利于缓解低水胶比对其经时变化的影响,使水泥浆体流变参数经时变化不明显。 (5)在低水胶比下,水泥-矿物微粉颗粒级配与其硬化浆体的抗压强度有着密切的关系。级配越好,固体颗粒体系的堆积密实度越高,颗粒堆积结构更紧密,浆体的抗压强度也就越高。当水胶比较大时,颗粒之间不再紧密接触,矿物微粉的密实填充效应不再是影响浆体抗压强度的主要因素。因此,矿物微粉只有在低水胶比的情况下才能充分发挥其密实填充效应。 (6)双掺超细粉煤灰与硅灰颗粒体系比单掺超细粉煤灰时堆积结构更为紧密,级配更好,在非常低的水胶比下,堆积结构更为紧密的浆体受微粉密实填充效应的影响更为显著,对浆体抗压强度的提高作用显著。 (7)颗粒级配与水泥硬化浆体的收缩率有着一定的关系。当矿物微粉粒径大小在一定范围内时,硬化浆体的干缩率与固体颗粒体系的堆积密实度存在一定的相关性。随着固体颗粒体系堆积密实度的提高,级配越好,硬化浆体的干缩率有不同程度的减小。但当颗粒粒径太小时,掺入水泥浆体后会大量消耗自由水量,反而会增加硬化浆体的干缩率。 (8)在满足试件成型的条件下,确定微、短、长三种纤维的最大掺量分别为6.5%、6.0%和7.0%。不同种类纤维同时掺入时存在纤维级配效应,纤维两两相掺的最大掺量要高于纤维单掺时的最大掺量。如微纤维和短纤维同时掺入时的最大掺量达到了8.5%,短纤维与长纤维同时掺入时的最大纤维掺量达到了7.7%,微纤维与长纤维同时掺入时纤维的最大掺量达到了8.0%,均高于三种纤维单掺时的最大掺量。 (9)通过对钢纤维两两相掺的UHPC进行力学性能试验,其劈裂抗拉强度试验结果表明,其钢纤维的最佳配比为:短纤维:长纤维=2:1;微纤维:短纤维=1:2;微纤维:长纤维=2:1;其轴心抗拉强度试验结果表明,其钢纤维的最佳配比为:短纤维:长纤维=1:1;微纤维:短纤维=1:1;微纤维:长纤维=1:1。 (10)微纤维和短纤维、短纤维和长纤维两两相掺时存在纤维的级配效应,微纤维和长纤维两两相掺时纤维的级配效应不明显。在纤维总掺量固定的情况下,通过纤维之间较好的级配,两两相掺比单掺更能提高UHPC的抗拉强度。同时,通过对纤维两两相掺时UHPC的初裂抗拉强度进行理论计算,并将理论值与测量值进行比较,可知理论值与测量值基本吻合,由此进一步验证了纤维协同作用假设的正确性。 (11)通过对分别掺入3%的三种纤维的轴心抗拉应力—应变全曲线的分析和比较得出,无论掺入哪一种纤维,对UHPC极限抗拉强度都有提高,而短纤维对UHPC轴心抗拉强度的提高效果最为明显,微纤维对UHPC的极限抗拉强度有提高,但对UHPC的抗拉延性几乎没有帮助。 (12)通过对同时掺入两种纤维的UHPC轴心抗拉应力―应变全曲线的分析,在一定配比下,其轴心抗拉强度提高最大,同时能实现UHPC的多缝开裂,并成功地观察到了掺入纤维的UHPC的假性应变硬化现象。同时,通过与未掺纤维的UHPC的应力―应变全曲线进行比较,说明纤维在UHPC开裂过程中,不仅能大大提高UHPC的轴心抗拉强度,还能显著提高UHPC的抗拉延性,从而进一步验证了纤维两两相掺时的级配效应。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 杨杰;纤维混凝土配合比的试验研究[J];山西建筑;2003年04期
2 董香军;丁一宁;;纤维高性能混凝土工作度、强度和弯曲韧性的试验研究[J];混凝土与水泥制品;2006年04期
3 张弛;沈平邦;张宝生;袁杰;葛勇;;聚丙烯腈纤维对引气混凝土抗冻性的影响[J];混凝土;2007年08期
4 张柳;潘宗俊;姚立阳;;SMA中聚丙烯腈纤维的应用研究[J];公路交通科技(应用技术版);2007年12期
5 曲旭光;史保华;彭洪波;;聚丙烯腈纤维混凝土性能试验研究[J];混凝土;2009年04期
6 龙春梅;;纤维对C50防水混凝土抗裂及防渗性能的影响研究[J];公路交通科技(应用技术版);2011年02期
7 杨启斌;罗素蓉;;聚丙烯腈纤维路面高强混凝土疲劳性能分析[J];山东农业大学学报(自然科学版);2011年01期
8 高慧婷;张颖;张亮;史红军;;混杂纤维沥青混合料低温抗裂性的研究[J];吉林建筑工程学院学报;2011年03期
9 陈德玉,谭克锋;聚合物微纤维对混凝土强度及耐久性的影响[J];混凝土;2003年11期
10 崔洪涛;曹永敏;王昭;常维峰;肖斐;;提高菱镁制品力学性能的试验研究[J];新型建筑材料;2006年11期
11 丁智勇;彭波;戴经梁;陈忠达;;纤维沥青混合料高温稳定性研究[J];公路;2007年07期
12 吴建华;马石城;唐昭青;曹泰松;刘小根;;聚丙烯纤维再生混凝土力学性能影响因素的试验研究[J];公路工程;2007年04期
13 郭乃胜;赵颖华;;纤维沥青混凝土的粘弹性分析[J];交通运输工程学报;2007年05期
14 张义顺;徐传友;于艳辉;;新型纤维防水干粉砂浆性能研究[J];混凝土;2007年11期
15 钟军;;双掺技术防治混凝土结构早期裂缝试验研究[J];山东交通科技;2008年01期
16 刘湘敏;;钢纤维混凝土梁的剪切性能试验研究[J];山西建筑;2008年11期
17 熊锐;杨锡武;杨发;涂帅;杨小丽;;纤维沥青混合料高温稳定性影响因素的灰关联熵分析[J];重庆交通大学学报(自然科学版);2008年05期
18 王晶;邓宁;;纤维对泵送高强混凝土的影响[J];山西建筑;2010年07期
19 刘永胜;高栋;熊智文;;圆柱形玄武岩纤维增强混凝土试件力学性能的试验研究[J];建筑科学;2011年03期
20 梁树伟;;胶粉与纤维混掺对水泥混凝土冻融性能的影响[J];交通标准化;2011年10期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 韩嵘;王冠月;曲福来;赵顺波;;钢纤维混凝土轴心抗拉强度与劈裂抗拉强度试验研究[A];先进纤维混凝土 试验·理论·实践——第十届全国纤维混凝土学术会议论文集[C];2004年
2 胡国群;高崇明;;螅状独缩虫口部微纤维区由类中间纤维构成[A];中国原生动物学学会第十一次学术讨论会论文摘要汇编[C];2001年
3 曲福来;王冠月;韩嵘;赵顺波;;钢纤维混凝土轴心受拉应力-应变全曲线试验研究[A];先进纤维混凝土 试验·理论·实践——第十届全国纤维混凝土学术会议论文集[C];2004年
4 李建辉;邓宗才;刘国栋;;高性能腈纶纤维增强混凝土的韧性及弯曲疲劳特性[A];中国公路学会2005年学术年会论文集(上)[C];2005年
5 李建辉;邓宗才;刘国栋;;高性能腈纶纤维增强混凝土的韧性及弯曲疲劳特性[A];第六届全国路面材料及新技术研讨会论文集[C];2005年
6 唐人成;杨荣;;锦纶66微纤维活性染料染色条件探讨[A];第九届全国染料与染色学术研讨会暨信息发布会论文集[C];2004年
7 白鹏;阎子峰;赵修松;;水溶液中自组装大规模合成一维氧化铝微纤维[A];第十一届全国青年催化学术会议论文集(上)[C];2007年
8 朱虹;张继文;;结构加固过程中CFRP布基本力学性能的检测[A];第二届全国土木工程用纤维增强复合材料(FRP)应用技术学术交流会论文集[C];2002年
9 郭乃胜;张洪涛;赵颖华;;纤维沥青混凝土等效模量的探讨[A];可持续发展的中国交通——2005全国博士生学术论坛(交通运输工程学科)论文集(下册)[C];2005年
10 刘玉林;关建光;徐福泉;;CFRP筋锚具静载锚固性能试验研究[A];结构混凝土创新与可持续发展——第十三届全国混凝土及预应力混凝土学术交流会论文集[C];2005年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 龚建清;超高性能混凝土的级配效应研究[D];湖南大学;2008年
2 白鹏;介孔氧化铝合成新方法及其在功能材料合成中的扩展应用[D];中国石油大学;2007年
3 王淑杰;游离移植的扩张皮片的生物力学特性的研究[D];中国协和医科大学;2004年
4 郭乃胜;聚酯纤维沥青混凝土的静动态性能研究[D];大连海事大学;2007年
5 陈萌;混凝土结构收缩裂缝的机理分析与控制[D];武汉理工大学;2006年
6 李贺东;超高韧性水泥基复合材料试验研究[D];大连理工大学;2009年
7 吴云忠;包覆拉拔法铜包铝、铜包钢双金属导线的研究[D];大连海事大学;2007年
8 付极;玻璃纤维对沥青混凝土界面和路用性能的影响研究[D];吉林大学;2008年
9 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
10 李学川;先天性小耳残耳软骨中Ⅱ型胶原和弹性蛋白的表达及生物力学研究[D];中国协和医科大学;2006年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 宋焱;级配纤维超高性能混凝土抗拉性能研究[D];湖南大学;2006年
2 陈剑;GFRP筋与纤维混凝土粘结滑移试验研究[D];大连理工大学;2008年
3 李晓芬;早龄期商品混凝土力学性能的试验研究[D];郑州大学;2005年
4 曹荣奎;基于CPM模型和比强度法的超高性能混凝土配合比设计研究[D];湖南大学;2008年
5 张媛媛;聚丙烯纤维混凝土受拉损伤模型研究[D];西北农林科技大学;2011年
6 李凤兰;钢筋钢纤维混凝土梁斜截面承载力计算方法研究[D];大连理工大学;2002年
7 陈汉昌;折线先张法预应力混凝土构件中钢绞线力学性能的试验研究[D];郑州大学;2007年
8 吴浪;混凝土早期力学性能试验研究[D];南昌大学;2007年
9 杨志慧;不同钢纤维掺量活性粉末混凝土的抗拉力学特性研究[D];北京交通大学;2006年
10 谭军;纤维橡胶沥青混合料路用性能研究[D];长沙理工大学;2007年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 刘友存 摘译;提高产品强度 优化产品成形性能[N];中国冶金报;2007年
2 刘友存 摘译;优化产品机械性能的有效途径[N];中国冶金报;2006年
3 马俊华;大体积混凝土裂缝成因与预防[N];建筑时报;2005年
4 贺国文;中材科技(002080) 有望进入快速发展通道[N];中国证券报;2007年
5 牛金柱;分辨适应证 掌握使用法 获得高疗效[N];中国医药报;2006年
6 李素平;中材科技:技术优势突出 产品亮点多多[N];中国工业报;2007年
7 记者 马启孝;我国材料工业加快资源整合步伐[N];中国改革报;2006年
8 陈志斌;中材科技股份有限公司A股成功上市[N];中国建材报;2006年
9 本报记者 游雪晴;两千年前古人掌握纳米技术?[N];科技日报;2006年
10 夏冬梅 向雯;水泥混凝土路面的病害及防治[N];伊犁日报(汉);2006年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978