钢纤维粉煤灰混凝土抗冻性与疲劳特性试验研究

论文摘要

本文在理论研究的基础上,首先,对钢纤维粉煤灰混凝土抗压强度和抗折强度进行了试验研究;其次,对钢纤维粉煤灰混凝土经过75次冻融循环后的抗压强度进行了试验研究;最后,对钢纤维粉煤灰混凝土小梁的抗折疲劳特性进行了试验研究。试验研究结果表明:粉煤灰掺量对钢纤维混凝土的强度影响规律受龄期及钢纤维掺量的影响。混凝土的抗折和抗压强度均随粉煤灰掺量的提高而趋下降,但下降的趋势随龄期的增长而趋缓和。随着钢纤维掺量的提高,粉煤灰和钢纤维之间体现了较强的复合效应,即适量掺入粉煤灰后（掺量30%以下）,钢纤维粉煤灰混凝土的抗压强度降低的较少,其抗折强度增长的较多,而超过30%以后抗压、抗折强度损失的非常严重。如当粉煤灰掺量30%、钢纤维体积率1.2%的28天抗压强度比素混凝土降低了7.6%,抗折强度提高了12.1%;而当粉煤灰掺量50%、钢纤维体积率1.2%的抗压强度、抗折强度损失的高达62.3%和36.2%。素混凝土的抗冻能力较差,75次循环后抗压强度损失率高达45.695%,而掺入钢纤维和粉煤灰后,可以显著地提高混凝土的抗剥落能力,改善冻融性能。粉煤灰对试件抗冻性能的提高程度比钢纤维的提高程度要强,即掺入粉煤灰的混凝土在冻融循环后的抗压强度损失率比较低。如在75次冻融循环后钢纤维混凝土的强度损失率为17.699%,而粉煤灰混凝土的强度损失率只有0.810%。应力水平对钢纤维粉煤灰混凝土梁抗折疲劳寿命有着显著影响。低应力水平下的疲劳寿命远远高于高应力水平下的疲劳寿命,钢纤维粉煤灰混凝土梁在抗折疲劳变形过程中,抗折疲劳寿命大致可以分为疲劳裂纹的潜伏阶段、萌生及稳定扩展阶段、失稳破坏阶段三个不同阶段。经过拟合得到lgS-lgN的曲线方程:lgS=0.11735-0.0613lgN。钢纤维粉煤灰混凝土梁疲劳损伤演化过程可划分为损伤潜伏阶段,损伤稳定扩展阶段和损伤失稳扩展或破坏阶段等三个不同阶段。在较高应力水平下钢纤维粉煤灰混凝土的损伤发展速率明显高于低应力水平下的损伤发展速率。通过疲劳试验,测定其疲劳寿命,得到疲劳寿命与应力水平之间的关系,并分析抗折疲劳变形特性和损伤特性。从而为重载交通条件下路面设计提供试验依据,也发展了粉煤灰的综合利用途径,保证了我国能源的可持续发展。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题研究背景和问题的提出
• 1.1.1 研究背景
• 1.1.2 问题的提出
• 1.2 钢纤维粉煤灰混凝土发展和应用
• 1.2.1 钢纤维粉煤灰混凝土的研究现状
• 1.2.2 钢纤维粉煤灰混凝土的应用状况
• 1.3 耐久性能和疲劳特性研究概述
• 1.3.1 耐久性能
• 1.3.2 疲劳特性
• 1.4 主要研究内容和方法
• 2 钢纤维粉煤灰混凝土的作用机理
• 2.1 粉煤灰物理、化学特性
• 2.1.1 粉煤灰物理特性
• 2.1.2 粉煤灰化学特性
• 2.2 钢纤维混凝土的基本性能
• 2.3 粉煤灰对钢纤维混凝土性能的影响
• 2.3.1 钢纤维混凝土的增强机理
• 2.3.2 粉煤灰在混凝土中的作用机理
• 2.3.3 粉煤灰对钢纤维混凝土的影响
• 3 钢纤维粉煤灰混凝土基本力学性能试验
• 3.1 试验概况
• 3.1.1 试件设计
• 3.1.2 试验材料
• 3.2 试验设计
• 3.2.1 试验配合比设计
• 3.2.2 试件的制作与养护
• 3.2.3 试验系统及试验设备
• 3.3 钢纤维粉煤灰混凝土抗压强度试验
• 3.3.1 试验方法
• 3.3.2 试验结果与分析
• 3.4 钢纤维粉煤灰混凝土抗折强度试验
• 3.4.1 试验方法
• 3.4.2 试验结果与分析
• 3.5 本章小结
• 4 钢纤维粉煤灰混凝土抗冻性
• 4.1 钢纤维粉煤灰混凝土的冻害机理
• 4.2 钢纤维粉煤灰混凝土抗冻性能试验
• 4.2.1 试验概况
• 4.2.2 试验系统及试验设备
• 4.2.3 试验方法
• 4.2.4 试验结果及分析
• 4.3 本章小结
• 5 钢纤维粉煤灰混凝土小梁的疲劳性能
• 5.1 疲劳特性分析基本理论
• 5.1.1 疲劳裂纹扩展理论
• 5.1.2 疲劳损伤力学理论
• 5.2 钢纤维粉煤灰混凝土疲劳特性试验
• 5.2.1 试验概况
• 5.2.2 试验系统及试验设备
• 5.2.3 试验方法
• 5.2.4 疲劳试验结果
• 5.3 钢纤维粉煤灰混凝土小梁抗折疲劳S-N方程
• 5.4 钢纤维粉煤灰混凝土小梁抗折疲劳损伤特性分析
• 5.5 本章小结
• 6 经济效益、社会效益与环境效益分析
• 1.经济效益
• 2.社会效益
• 3.环境效益
• 7 结论与展望
• 7.1 主要结论
• 7.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介及读研期间主要科研成果