高强度纤维素纤维混凝土耐久性试验研究

论文摘要

混凝土是工程中用量最多的建筑材料,也是最主要的结构材料,钢筋混凝土结构已成为世界上应用最为广泛的结构形式。但由于设计标准偏低、施工质量不良、管理不善等原因,导致许多水工混凝土结构过早地出现了老化和病害等耐久性问题。因此,积极开展混凝土的耐久性研究和应用,提高混凝土的使用寿命,充分发挥巨大的经济和社会效益,已成为我国水利水电事业中迫切需要解决的重大问题。本课题首次在南水北调工程京-石段采用纤维素纤维混凝土来提高渡槽混凝土的耐久性。纤维素纤维是美国生产的新一代高性能纤维,其具有天然的亲水性,独特的纤维空腔结构和巨大的比表面积,可提高混凝土的抗开裂性能,显著改善混凝土抗渗、抗冻融等耐久性性能。本文针对纤维素纤维在混凝土中的应用技术问题,进行了系统的试验研究,以阐明纤维素纤维改善混凝土物理力学性能的作用效果、评价方法和作用机理。其中试验研究包括:（1）基本力学试验（2）抗弯韧性试验（3）抗弯冲击试验;（4）单轴拉伸试验; （5）渗透试验;（6）冻融试验;本文进行了不同纤维掺量的纤维素纤维混凝土的抗弯冲击试验与抗弯韧性试验,分析了纤维掺量对混凝土冲击韧性的影响,为了更好的评价混凝土的冲击性能,引入数理统计方法对纤维素纤维混凝土抗弯冲击试验数据进行了系统分析;采用多种韧性评价方法计算了纤维素纤维混凝土的韧性指数。试验表明:纤维素纤维明显改善了混凝土弯曲韧性,提高了混凝土变形能力;增加了混凝土抗初裂能力,提高了水利水工结构的抗裂性、抗冲击能力。通过对纤维素纤维进行单轴拉伸试验,测定了纤维素纤维混凝土的应力-变形曲线,获得纤维混凝土的拉伸特征值。试验结果表明:纤维混凝土抗拉强度、极限拉伸应变随纤维掺量增加而增加;纤维掺量增加时,断裂能增大、脆性减小。本文通过素混凝土和纤维素纤维混凝土的抗渗性试验,研究了纤维掺量对混凝土抗渗性能的影响规律,分析了影响混凝土渗透性能的主要因素;通过纤维素纤维混凝土的快速冻融试验,研究了纤维掺量对混凝土抗冻性能的影响规律,探讨了纤维素纤维改善混凝土的抗冻性能的机理,以便为纤维素纤维在水利工程中的应用提供依据。损伤理论研究材料或构件从原生缺陷到形成宏观裂缝直至断裂的全过程,旨在建立受损材料的本构关系,解释材料的破坏机理,建立损伤的演变过程,计算构件的损伤程度,从而达到预期估计其剩余寿命的目的。本文通过纤维素纤维混凝土的拉伸试验获得建立纤维素纤维损伤力学模型参数,预测了冻融循环下纤维混凝土的损伤量,通过与试验对比,发现模型较为吻合,为实际工程维修加固提供了依据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 前言
• 1.2 纤维混凝土的发展历程
• 1.3 纤维混凝土抗冻性能研究现状
• 1.3.1 纤维混凝土抗冻性能试验研究
• 1.3.2 纤维混凝土冻融损失理论研究
• 1.4 纤维混凝土抗渗性能研究现状
• 1.4.1 纤维混凝土抗渗试验研究
• 1.4.2 混凝土渗透理论研究
• 1.4.3 影响混凝土渗透率因素
• 1.5 研究意义
• 1.6 研究内容、研究目标
• 1.6.1 研究内容
• 1.6.2 研究目标
• 第2章 试验概况
• 2.1 试验背景
• 2.2 试件制作
• 2.2.1 材料性能
• 2.2.2 混凝土配合比
• 2.2.3 试件制作
• 2.3 试验方法
• 2.3.1 试验设备
• 2.3.2 试验方法及过程
• 2.4 本章小结
• 第3章 高强度纤维素纤维混凝土基本力学性能
• 3.1 前言
• 3.2 试验概况
• 3.3 试验结果与分析
• 3.3.1 工作性
• 3.3.2 基本力学性能
• 3.4 本章小结
• 第4章 高强度纤维素纤维混凝土冲击与韧性性能
• 4.1 前言
• 4.2 试验内容
• 4.3 纤维素纤维混凝土冲击试验结果及分析
• 4.3.1 抗弯冲击结果
• 4.3.2 破坏形态
• 4.3.3 纤维掺量与抗弯冲击强度的关系
• 4.4 纤维素纤维混凝土弯曲韧性试验结果及分析
• 4.4.1 韧性试验方法与评价体系综述
• 4.4.2 纤维素纤维混凝土抗弯韧性结果
• 4.4.3 变形性能
• 4.5 纤维抗冲击增韧机制
• 4.6 本章小结
• 第5章 高强度纤维素纤维混凝土的轴向拉伸性能
• 5.1 引言
• 5.2 纤维混凝土的开裂与破坏过程
• 5.3 试验结果及分析
• 5.3.1 试验结果
• 5.3.2 试验结果分析
• 5.4 本章小结
• 第6章 高强度纤维素纤维混凝土抗渗透性能
• 6.1 前言
• 6.2 试验方法
• 6.2.1 试件制作与养护
• 6.2.2 试验方法
• 6.3 试验结果
• 6.3.1 试验结果
• 6.3.2 试验结果分析
• 6.3.3 纤维改善混凝土抗渗能力的机理
• 6.4 本章小结
• 第7章 高强度纤维素纤维混凝土抗冻融性能
• 7.1 前言
• 7.2 试验研究
• 7.2.1 试件制作与养护
• 7.2.2 试验方法
• 7.3 试验结果及分析
• 7.3.1 破坏过程及形态
• 7.3.2 试验结果分析
• 7.4 纤维改善混凝土抗冻性能的机理
• 7.5 本章小结
• 第8章 纤维素纤维混凝土抗冻耐久性预测模型
• 8.1 建立纤维素混凝土抗冻耐久性预测模型的必要性
• 8.2 混凝土抗冻耐久性预测模型
• 8.2.1 预测混凝土抗冻耐久性的疲劳损伤模型
• 8.2.2 冻融中混凝土内应力计算模型
• 8.3 模型的试验验证
• 8.4 本章小结
• 结论与展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间所发表论文及参与科研项目
• 致谢