赵素晶[1]2016年在《超高性能水泥基复合材料的力学性能和微结构研究》文中指出超高性能水泥基复合材料(Ultra-high performance cementitious composite,UHPCC)是近年来发展起来的一种新型土木工程材料。和普通混凝土相比,它具有极其优异的力学性能和耐久性,能够满足当代建筑结构高层化、大跨化、轻量化以及长寿命等要求,因而它具有广阔的应用前景。高韧性作为UHPCC的一个重要特征,其主要源自于高强纤维的掺加。纤维的增韧机理如纤维拔出、纤维断裂、纤维变形以及基体的多缝开裂等,已经被相关试验研究所证实,然而关于各个机理对材料韧性所贡献的比重,相关研究较为匮乏。在UHPCC制备方面,粉煤灰等矿物掺合料的应用越来越广泛,然而目前缺乏对其宏观性能产生机理的系统研究。因此,本文一方面对UHPCC中纤维的增韧机理进行了定量分析,另一方面系统研究了低水胶比条件下矿物掺合料尤其是粉煤灰对UHPCC微结构的影响。此外,为了推进UHPCC的绿色化,本文还探索了铁矿尾砂作为细集料应用于UHPCC中的可行性。首先,本文采用"水泥+粉煤灰+硅灰"的叁元胶凝材料体系,制备出了性能优异的UHPCC材料,并研究了其基本性能。研究表明,粉煤灰单掺时会降低材料的抗折强度,和硅灰复掺后能够消除这种不利影响。和标准养护至成熟龄期相比,蒸汽养护提高了材料的抗压强度,但对抗折强度影响不大,高温干热养护能够显着提高材料的抗压强度。采用天然河砂和石英砂分别配制的UHPCC的力学性能较为接近,而采用铝矾土作为细集料能够提高材料的力学性能。UHPCC的力学性能随纤维掺量的增加而提高,纤维对抗折强度的提高程度高于抗压强度。UHPCC的耐磨性能较水灰比为0.3的高性能混凝土(HPC)高54%,这主要源于其浆体具有较高的耐磨性能。UHPCC中硅灰的掺加缩短了诱导期的持续时间,而粉煤灰的掺加延缓了水化进程,半绝热条件下UHPCC的内部温升峰值比HPC高约6.8℃。对于水养至成熟龄期的UHPCC,其干缩值在后期约为300个微应变,小于HPC。UHPCC的抗氯离子渗透性能远高于HPC。其次,采用缺口试件的叁点弯曲试验,对UHPCC的韧性进行了表征,继而通过纤维拉拔试验和X射线计算机断层扫描,分别对断裂过程中纤维拔出和基体开裂所消耗的能量进行了定量分析。研究表明,纤维掺量为1%和2%时,UHPCC的断裂能分别为同配比砂浆试件的230倍和290倍。基体多缝开裂对韧性的贡献较小,而纤维拔出对韧性的贡献较大。当纤维掺量为1%和2%时,多缝开裂所消耗的能量与系统总输入能量的比值分别为4%和5.5%左右,而纤维拔出所消耗的能量与系统总输入能量的比值分别为50%和70%左右。再次,采用扫描电镜、X射线衍射Rietveld定量分析以及压汞测孔法研究了 UHPCC微结构的演变过程。结果表明,标准养护条件下,UHPCC在3d龄期时能够形成较为密实的微结构,且其内部水化反应主要发生在7d龄期之内,在28d时水泥的水化程度接近50%。单掺粉煤灰延缓了水化初期微结构的形成,对早期力学性能不利,而粉煤灰和硅灰复掺后发挥协同效应,降低了粉煤灰对早期微结构的不利影响。蒸汽养护条件下水泥的水化程度略有降低,而材料内部火山灰反应程度有所提高,微结构十分密实。另一方面,采用网格点阵纳米压痕技术对UHPCC浆体以及界面区的微观力学行为进行了研究。结果表明,UHPCC的水化反应产物主要为力学性能较高的高密度(HD)水化硅酸钙凝胶(C-S-H)和超高密度水化产物相(UHD相),二者在标养过后占据反应产物的80%。和标养相比,蒸养条件下水化产物中低密度(LD)C-S-H的含量大幅降低,而UHD相的含量大幅提高,HD C-S-H和UHD相的含量占据反应产物的90%,这从微观力学的角度解释了蒸汽养护有助于提高材料的的力学性能。UHPCC中未反应的水泥和粉煤灰颗粒的力学性能远高于水化产物,能够作为高刚度的微集料增强浆体。在纤维或集料与浆体的界面区,力学性能较为稳定且与基体相当,表明纤维或集料与浆体之间具有较强的粘结作用。这些结果从根本上揭示了 UHPCC宏观力学性能的产生机理。此外,采用纳米划痕技术对比研究了 UHPCC和HPC浆体的微观力学性能,结果表明,UHPCC试样的瞬时划痕深度均值和残余划痕深度均值相比HPC试样分别低约35%和38%,这与二者在宏观上的耐磨性能较为一致。最后,为了推进UHPCC的绿色化以及水泥基材料的可持续发展,研究了铁矿尾砂取代天然河砂用于UHPCC材料制备的可行性。结果表明,当尾砂完全取代天然河砂时,材料的工作性能和力学性能均明显下降。然而,当尾砂取代率不高于40%时,标养90d以及蒸养条件下材料的力学性能与基准相接近。因此,从力学角度分析,尾砂在UHPCC中的应用具有可行性。
王冲[2]2005年在《特超强高性能混凝土的制备及其结构与性能研究》文中研究指明随着国民经济的发展和社会进步,现代工程建设的规模与投资越来越大,混凝土建筑物的使用范围也在日益扩展。与此同时,在人口增长和资源短缺、环境污染的威胁下,建筑物越来越向着超高层化、超大跨化方向发展,各种严酷环境下使用混凝土结构也越来越多,如:海上石油平台、跨海大桥、海底隧道、污水管道、核废料容器、核反应堆外壳、盛装有害化学物的容器等,如此众多的建筑物和结构都主要采用了水泥混凝土材料。而这些工程结构的特点是材料性能要求高,包括高强度、高耐久性和高体积稳定性,有些工程要求混凝土的流动性也很高。传统的混凝土技术已经无法适应现代工程的要求。需要研究与发展新的高性能的水泥混凝土材料。高性能混凝土(HPC)是当前混凝土发展的主要方向之一,并且在工程中的应用越来越广泛。目前,工程中主要应用的高性能混凝土强度小于100MPa,100~150MPa的超高强高性能混凝土已被制备成功,少数工程中的混凝土强度超过了100MPa。从工程结构材料的长远发展考虑,有必要制备强度更高(≥150MPa)的特超强高性能混凝土。其它新的高性能水泥混凝土材料还包括:无宏观缺陷水泥基材料(MDF)、均布超细颗粒致密体系(DSP)、活性粉末混凝土(RPC)等。从材料性能审视,无宏观缺陷水泥基材料、均布超细颗粒致密体系、活性粉末混凝土等的抗压强度都非常之高,其抗拉强度、断裂韧性和弹性模量也突破了传统水泥基材料的限度,这些材料具备了高强韧性材料的特征。但是,由于这些材料所用的原材料要求极高,工艺复杂,作为工程材料,其成本太大,严重限制了这些材料在工程中的大量应用。因此,利用水泥混凝土现有的技术途径,采用常规原材料和通用工艺,充分发挥通用水泥混凝土原料易得、工艺简单、成本低廉等重要优势,在高性能混凝土、超高强高性能混凝土基础上,进一步研究与制备特超强高性能混凝土材料,对水泥混凝土的发展具有十分重要的意义。为此,本课题将在以下几个方面进行研究:(1)特超强高性能混凝土的制备技术:以常用的硅酸盐水泥、粗细集料在高效减水剂和超细矿物掺合料的“双掺”作用下,通过降低水胶比(<0.20)和密实增强等技术途径,制备抗压强度≥150MPa的,流动性能良好的特超强高性能混凝土,并对特超强高性能混凝土的流动性经时损失进行了试验分析。(2)特超强高性能混凝土水泥基相水化产物的组成结构分析:要制取≥150MPa,且流动性能良好的特超强高性能混凝土,首先是要采用极低的水胶比,
李钟华[3]2002年在《150MPa超高强水泥基复合材料的试验研究》文中研究表明超高强水泥基复合材料是80年代发展起来的一种新材料。最近几年来，水泥基材料已经不仅仅是应用于大宗的建筑材料方面，而且以能与金属和有机高分子材料相抗衡，甚至超越它们的优异性能进入了机械制造、电子工业以及航空航天等高技术领域，大大的拓宽了这一能耗最低的无机非金属材料的应用范围。具有超高强、高韧性、高性能的水泥基复合材料必将获得更为广泛的应用，超高强水泥基新型材料的试验研究代表着水泥材料科学的研究方向。 本文在广泛阅读国内外有关资料的基础上，采用正交设计，科学地安排试验方案，精心选择材料，用625R普通硅酸盐水泥、超细颗粒集料——硅灰、超细粉、高效减水剂、不锈钢纤维渣等材料，采用常规工艺配制出了一种抗压强度超过150MPa的超高强水泥基材料。 本文论述了配制超高强水泥基复合材料的技术思路，并详细地叙述了各组成材料的性能及其对超高强水泥基材料性能的影响。最后通过对试验数据的分析，给出了最优配比方案，并推荐了超高强水泥基材料强度与胶水比的经验公式。
高翔[4]2016年在《纳米SiO_2改性超高韧性水泥基复合材料试验研究》文中指出超高韧性水泥基复合材料(Ultra High Toughness Cementitious Composites,简称UHTCC)是一种具有优异变形能力的乱向短纤维增韧水泥基材料,材料设计时为实现纤维与基体间良好的协同变形,提高材料变形控裂性能,粉煤灰作为胶凝材料被加入UHTCC中。相对水泥而言,粉煤灰反应活性较低、水化速度较慢,从而一定程度影响UHTCC材料早期强度及耐久性能。因此,本文在国家科技支撑计划(编号：2012BAJ13B04)和国家自然科学基金(编号：51378462)的资助下,通过掺加纳米SiO2得到具有高强、高韧及高耐久性的高性能水泥基材料,具体研究如下：1、研究了纳米SiO2对UHTCC材料工作性能、干缩性能及导热性能的影响,试验结果发现通过调整减水剂用量可抵消纳米SiO2对UHTCC流动性影响,但干缩应变和隔热能力随着纳米SiO2掺量的增加先增大后减小。基于材料优异的隔热性能,本文计算得到了将UHTCC作为大坝永久性保温模板的最小厚度,为解决大坝混凝土开裂提供一种较为有效的设计方法。2、研究了纳米SiO2对于UHTCC材料水化产物、微观形态、孔隙结构的影响,试验结果发现随着纳米SiO2掺量的逐渐增加,粉煤灰水化程度不断提高,Ca(OH)2含量显着降低,而材料平均孔径从22.6nm降低到13.8nm。3、研究了纳米SiO2改性UHTCC材料的耐久性能,试验结果发现随着纳米SiO2掺量的增加,UHTCC材料相对渗透系数显着降低,耐久性能得到明显改善。通过海水拌养试验进一步发现配筋纳米SiO2改性UHTCC梁的抗海水侵蚀能力远高于配筋混凝土梁,因此该材料在海岛建设项目中具有广阔应用前景。4、研究了不同纳米SiO2掺量对于PVA-UHTCC材料力学性能的影响并通过孔结构复合体模型分析了纳米SiO2的增强机理,试验结果发现材料抗压、抗折强度随着纳米SiO2掺量的增加逐渐增大,但是弯曲裂缝宽度也随之不断增大。5、研究了混杂纤维对于纳米SiO2改性UHTCC材料力学性能的影响并提出材料具有应变硬化特征的纤维掺量设计准则,试验结果发现混杂纤维可显着提升纳米Si02改性UHTCC材料抗压、抗折及拉伸强度,并重新实现裂缝的无害化分散,但钢纤维掺量过大将导致材料变形能力显着下降。6、研究了高温对于纳米SiO2改性UHTCC材料微观结构及力学性能的影响,试验结果发现只有当温度达到600℃时材料微观结构开始后出现劣化,而材料残余抗压强度变化规律与微观结构完全一致。将纳米SiO2改性UHTCC材料作为钢筋混凝土柱的外包防火材料,发现钢筋混凝土柱残余强度及抗爆能力均得到显着提升。7、将纳米SiO2改性UHTCC材料应用于桥面板现浇连接缝,计算得到连接缝最小设计长度,并通过叁点弯曲试验模拟车辆集中荷载对桥面板的外部作用,试验结果发现当现浇连接缝长度大于最小设计长度时,桥面板在正常使用极限状态下的承载力可得到显着提高。
杜丰音, 金祖权, 于泳[5]2017年在《超高强水泥基材料的力学及耐久性能》文中研究表明超高强水泥基材料作为一种高性能建筑材料,在建筑工程领域已得到了广泛的关注和应用。简要介绍了超高强水泥基材料的发展历史、制备的基本途径和性能实现的基本原理,并且对近年来国内外学者关于超高强水泥基材料力学性能和耐久性能的研究进展进行了综述。综述内容包括:超高强水泥基材料的抗压强度、抗折强度、弹性模量、泊松比、应力应变曲线,以及超高强水泥基材料的抗渗、抗冻性能和碱骨料反应风险。在对已有文献的综述基础上,简要分析了纤维及养护制度对超高强水泥基材料性能的影响,并提出了超高强水泥基材料工程化的关键措施。
张哲[6]2016年在《钢—配筋UHPC组合桥面结构弯曲受拉性能研究》文中认为铺装层频繁破损和钢结构易疲劳开裂是正交异性钢桥面(Orthotropic Steel Deck,OSD)结构最为常见的两大病害,提高桥面系局部刚度是一种有效的解决方案。得益于超高性能混凝土(Ultra High Performance Concrete,UHPC)材料优异的力学性能和耐久性能,旨在增强增韧OSD的钢-配筋UHPC组合桥面结构有望综合根治OSD桥面系的两大顽症。本文以钢-配筋UHPC组合桥面结构为研究对象,对UHPC材料的直接拉伸性能和拉伸本构关系、UHPC材料弯曲受拉性能和二次倒推分析法、配筋UHPC直接拉伸性能、配筋UHPC构件弯曲性能以及钢-配筋UHPC组合桥面结构静力弯曲性能等进行了理论分析与试验研究。论文的主要工作及创新点如下:(1)获得了拉伸应变硬化和多缝开裂特性的UHPC材料,并提出了应变硬化UHPC材料的拉伸本构关系模型。基于UHPC材料的拉伸性能概述,分析UHPC材料直接拉伸性能的基本特征;总结归纳文献中UHPC材料拉伸性能试验方法,对直接拉伸试验的试件形状和加载装置进行系统分析和比较,提出适用可行的直接拉伸装置;以钢纤维形状和纤维掺量为可变参数正交设计直接拉伸试件,探索不同纤维掺量和形状对UHPC材料拉伸性能尤其是可视初裂应力及应变的影响;基于直接拉伸试验结果提出包含应力-应变关系和应力-裂缝宽度关系两部分的受拉本构关系模型。(2)提出了可简易准确获取UHPC材料受拉应力-应变关系的二次倒推分析方法。在UHPC材料的弯曲拉伸性能中,重点探讨获取材料受拉应力-应变关系的间接测试方法;基于虚功原理分析剪切变形和曲率分布非线性对UHPC受弯构件跨中挠度的影响,由此提出考虑剪切变形和曲率分布非线性的二次逐点倒推分析方法;基于四点弯曲试验的荷载-跨中挠度曲线,采用二次倒推分析法求得两种不同浇注方式下UHPC材料的受拉应力-应变曲线;将二次倒推结果与直接拉伸试验结果进行对比,分析二次倒推分析方法获得UHPC材料受拉应力-应变曲线的有效性。(3)研究了配筋UHPC的直接拉伸性能。基于纤维复合材料的纤维增强增韧机理,对钢筋增强增韧UHPC材料进行目标优势分析;针对组合桥面结构在复杂受力和环境条件下UHPC层高拉应力特点,进行UHPC材料配筋增强需求分析;以钢纤维掺量和配筋率为参数正交设计配筋UHPC直接拉伸试验,并分析配筋UHPC拉伸性能的影响因素;通过不同组合配筋形式对UHPC材料直接拉伸特性的分析,探讨普通钢筋替代UHPC材料中部分钢纤维的可行性;基于配筋UHPC的裂缝特性建立配筋UHPC的裂缝宽度计算公式。(4)研究了配筋UHPC构件的弯曲拉伸性能。基于应变硬化UHPC材料的本构关系和UHPC构件受弯力学模型,分析配筋UHPC构件的弯曲受拉性能;设计配筋UHPC受弯构件并进行四点弯曲试验,然后根据试验结果探讨配筋UHPC结构的弯曲受拉特性;分析配筋UHPC梁弯拉裂缝特征并建立最大裂缝宽度计算公式。(5)研究了钢-配筋UHPC组合桥面结构的静力弯拉性能。基于传统正交异性板弯曲微分方程及其经典解析解,分析降低OSD结构内力及变形的措施;根据钢-配筋UHPC组合桥面结构的组成特点,探讨影响其弯曲性能的主要因素;以UHPC层配筋率和钢梁高度为参数设计钢-配筋UHPC组合结构,分别进行纵向受弯和横向受弯静力试验;根据试验结果分析钢-配筋UHPC组合结构的静力弯曲受拉性能;基于配筋UHPC受弯构件裂缝宽度计算公式,提出适用于钢-配筋UHPC组合结构弯拉作用下UHPC层最大裂缝宽度的计算公式。
王军委[7]2014年在《超高强水泥基复合材料制备技术研究》文中指出现代建筑工程对水泥基材料的要求日益提高，促进了超高强水泥基复合材料的问世和发展。超高强水泥基复合材料优化了内部结构的组成，改善了耐久性，减小了收缩，抗渗、抗冻、抗碳化性能提高明显，进而大大提高了建筑物的使用寿命。且各种工业废渣作为矿物掺合料的使用减少了对资源的消耗，减小对环境的污染，节省了建筑成本，符合国家可持续发展战略。超高强水泥基复合材料强度高，耐久性和可靠性更好，能有效减轻结构自重，使结构安全性和适用性得到满足，同时又具有良好的效益。因此，超高强水泥基复合材料受到越来越多地国家的重视和关注，渐渐成为了水泥基材料发展的新方向，发展前景不可估量。本文基于正交试验，先初步研究了砂胶比、水胶比、硅灰掺量、钢纤维掺量和砂粒径范围对超高强砂浆流动度和力学性能的影响，通过极差和方差分析，确定各因素影响程度的大小，为超高强砂浆的制备提供指导。对超高强混凝土进行研究，更加详细的研究了水胶比、胶凝材料总量以及矿物掺合料掺量对超高强混凝土抗压强度、耐久性等方面的影响，运用极差和方差分析，确定各因素影响程度大小，并得出最佳配合比参数，为现代建筑工程中超高强混凝土的大规模应用奠定坚实基础。研究表明：1）水胶比对超高强砂浆流动度影响最大，而钢纤维掺量对超高强砂浆抗折、抗压强度影响非常显着；2）综合考虑流动度及强度要求，超高强砂浆最佳配比为：砂胶比1.1、水胶比0.2、硅灰掺量10%、钢纤维掺量2%、砂粒径范围0.3-2.36mm；3）水胶比对超高强混凝土后期（28d、56d）强度影响程度最大，各龄期水胶比都是显着因素，超高强混凝土随水胶比增大，其抗压强度逐渐减小；水胶比越小，混凝土抗氯离子渗透性能力越强，抗碳化性能越好。4）矿物掺合料掺量对超高强混凝土早期（3d、7d）强度影响程度最大，在早期是特别显着或显着因素，后期变为不显着因素，矿物掺合料掺量对超高强混凝土的后期强度起着促进作用；矿物掺合料掺量由30%到50%时，混凝土抗氯离子渗透能力与抗碳化性能均先增强后减弱；5）胶凝材料总量对超高强混凝土各龄期强度的影响均是不显着因素，且在各因素中都是影响程度最小的因素；胶凝材料总量适当增加能增强混凝土抗氯离子渗透能力和抗碳化性能，但胶凝材料总量过大时又会减弱混凝土的抗氯离子渗透能力；6）综合考虑混凝土强度及耐久性要求，超高强混凝土最佳配比为：水胶比0.24，胶凝材料总量600kg/m3，矿物掺合料掺量40%。
王德辉[8]2015年在《超高强混凝土的硬化过程》文中研究指明超高性能混凝土作为一种新型水泥基材料,具有强度高,耐久性优异的优点。超高性能混凝土的抗压强度高于150MPa,约是传统混凝土的3倍以上。超高性能混凝土具有优异的韧性和断裂能,和高性能混凝土相比,超高性能混凝土的韧性提高了300倍以上,和一些金属相当,使得混凝土结构在超载环境下或地震中具有更优异的结构可靠性。超高性能混凝土具有优异的耐久性能,延长了混凝土结构的使用寿命,降低了维修费用。超高性能混凝土几乎是不渗透性的,几乎无碳化,氯离子渗透和硫酸盐渗透也几乎为零。尽管超高性能混凝土拥有很多显着的优点,但也存在一些缺陷。超高性能混凝土的胶凝材料用量高达800-1000kg/m3,增大了水化热,产生收缩。制备超高性能混凝土的原材料通常为水泥、硅灰、石英砂、石英粉、钢纤维和超塑化剂等,生产成本是普通混凝土的数倍。为了提高超高性能混凝土中辅助性胶凝材料的活性,生产超高性能混凝土时往往采用蒸汽或蒸压养护,复杂的生产工艺限制了超高性能混凝土在实际工程中的应用。为了降低超高强混凝土的生产成本,简化其生产工艺,常温养护超高性能混凝土成为了一个研究热点。由于原材料和生产工艺的差异,采用常温养护超高性能混凝土的硬化过程和传统热养护超高性能混凝土可能存在较大差异,鉴于此,本文研究了常温养护超高性能混凝土的硬化过程。由于钢纤维对超高性能混凝土的硬化过程影响较小,本文将研究不掺钢纤维的超高强混凝土的硬化过程。当砂胶比为1.0时,使用天然石英砂配制超高强混凝土的抗压强度达到131.5MPa。当砂胶比为1.1时,使用机制石英砂配制超高强混凝土的抗压强度达到139.8MPa。尽管使用机制石英砂配制超高强混凝土的流动度和抗压强度均大于使用天然石英砂配制超高强混凝土的流动度和抗压强度,但使用天然石英砂也能配制出性能优异的超高强混凝土,当砂胶比为1.0时,使用天然石英砂配制超高强混凝土的抗压强度达到131.5MPa。综合考虑超高强混凝土的生产成本和性能,本文采用天然石英砂配制超高强混凝土,采用的砂胶比为1.0。通过叁角形正交设计,设计了七组超高强混凝土的胶凝组分,并将胶凝组分和性能的关系表示为等值线图。研究结果表明,在适当掺量下,硅灰可以提高超高强混凝土的流动度和抗压强度,降低超高强混凝土的孔隙率和氢氧化钙含量。在一定用量下,矿粉减小了超高强混凝土的流动度、抗压强度、孔隙率和氢氧化钙含量。硅灰和矿粉对超高强混凝土的流动度和3d抗压强度有正的协同效应,但对超高强混凝土的总水化热、56d抗压强度、孔隙率和氢氧化钙含量有负的协同效应。通过叁角形正交设计,设计了七组超高强混凝土的胶凝组分,并将胶凝组分和性能的关系表示为等值线图。研究结果表明,在适当掺量下,硅灰可以提高超高强混凝土的流动度和抗压强度,降低超高强混凝土的孔隙率和氢氧化钙含量,减小了水化加速期出现的时间。在一定用量下,粉煤灰增大了超高强混凝土的流动度和早期孔隙率,减小了超高强混凝土的早期抗压强度和氢氧化钙含量。硅灰和粉煤灰对超高强混凝土的流动度和抗压强度有正的协同效应,但对超高强混凝土的总水化热、孔隙率和氢氧化钙含量有负的协同效应。为了研究水泥-硅灰-矿粉-粉煤灰四组分水泥基超高强混凝土的硬化过程,选取水胶比,硅灰掺量,矿粉掺量和粉煤灰掺量四个因素及四水平,对超高强混凝土的配合比进行正交设计,并研究其硬化过程。随着水胶比的增大,超高强混凝土的流动度显着增大,抗压强度在不同龄期下均有所降低,孔隙率在不同龄期下均有所增大,氢氧化钙含量在不同龄期下均有所增大。随着硅灰掺量的增大,超高强混凝土的流动度显着减小,抗压强度先增大后降低,孔隙率在不同龄期下均有所减小,氢氧化钙含量在不同龄期下均有所减小。随着矿粉掺量的增大,超高强混凝土的流动度没有明显的变化,抗压强度先增大后减小,孔隙率在早期减小,后期反而增大,氢氧化钙含量在不同龄期下均有所减小。随着粉煤灰掺量的增大,超高强混凝土的流动度先增大后降低,早期抗压强度大幅度降低,后期抗压强度先增大后降低,早期孔隙率增大,后期对孔隙率影响不大,氢氧化钙含量在不同龄期下均有所减小。纳米二氧化硅和纳米碳酸钙均降低了超高强混凝土的流动度。掺入纳米二氧化硅后,超高强混凝土的水化放热速度不断增大,水化放热量先增大后降低。掺入纳米碳酸钙后,超高强混凝土的水化放热速度不断增大,水化放热量不断降低。随着纳米二氧化硅掺量的增大,超高强混凝土的抗压强度先增大后降低,随着纳米碳酸钙掺量的增大,超高强混凝土的抗压强度先增大后降低。随着纳米二氧化硅掺量的增大,超高强混凝土的孔隙率先减小后增大,随着纳米碳酸钙掺量的增大,超高强混凝土的孔隙率先减小后增大。随着纳米二氧化硅掺量的增大,超高强混凝土的氢氧化钙含量不断减小,随着纳米碳酸钙掺量的增大,超高强混凝土的氢氧化钙含量不断增大。
蔡向荣[9]2009年在《超高韧性水泥基复合材料基本力学性能和应变硬化过程理论分析》文中提出超高韧性水泥基复合材料(Ultra high toughness cementitious composites, UHTCC)是一种采用中等纤维体积掺量的乱向短纤维增强的高性能水泥基复合材料。它在拉伸和弯曲荷载作用下具有应变硬化和多缝开裂特性,拉伸应变可以达到3%以上,最大裂缝宽度可以控制在0.1mm以下。将该材料应用于混凝土结构,有望解决现代混凝土结构所面临的安全性和耐久性等问题。本文通过试验研究和理论分析,研究UHTCC的性能：(1)通过单轴拉伸试验研究UHTCC的抗拉性能,试验结果显示UHTCC在拉伸荷载作用下具有假应变硬化和多缝开裂特性,以及高延性、高韧性和高裂缝宽度控制能力。极限拉伸应变在3%以上,极限荷载时的最大裂缝宽度在0.1mm以下。而且,UHTCC试件在具有双边切口的情况下,仍然具有应变硬化和多缝开裂特性。(2)通过四点弯曲试验研究UHTCC的抗弯性能,试验结果显示UHTCC在弯曲荷载作用下具有非常显着的变形硬化特性、多缝开裂特性和高韧性性能。极限挠度高达30mm以上,如此大的变形能力足可以与铝、钢等金属材料相媲美。(3)通过单轴抗压试验研究UHTCC的抗压性能,试验结果显示UHTCC在压缩荷载作用下仍具有多缝开裂。在试件破坏过程中,这些微裂缝逐渐贯通并形成剪切斜裂缝。UHTCC的抗压强度类似于普通混凝土,抗压弹性模量约是混凝土的1／2-1／3,峰值应变约是普通混凝土的两倍,峰值荷载后的延性和韧性明显增加。(4)通过对比拉、弯性能指标建立了UHTCC拉弯对应关系,对比结果显示四点弯曲试验可以代替单轴拉伸试验,成为评价UHTCC独特力学性能的简单实用的试验方法。(5)根据抗压试验结果,参考现有的各种混凝土本构模型,分别针对结构或构件的承载能力极限状态分析和非线性分析,建立适合于描述UHTCC抗压特性的本构模型,为超高韧性水泥基复合材料在工程中的广泛应用提供必要的理论基础。(6)对比各国关于钢纤维混凝土弯曲韧性的测定与评价标准,建立了UHTCC抗压韧性评价体系,该体系通过5个抗压韧度参数从不同的角度定量的分析了UHTCC的受压韧性性能。分析结果表明UHTCC具有较高的受压韧性和塑性变形性能以及开裂后的荷载承受能力。(7)针对UHTCC的多缝开裂行为和后多缝开裂行为,在微观力学、断裂力学和数理统计的基础上,分析了UHTCC的应变硬化过程,并建立了相应的理论模型。所建立模型既可以用于复合材料的优化设计,也可以用于复合材料宏观性能的预测。
张宇[10]2015年在《超高强水泥基复合材料及其制品研究》文中研究表明新型超高强水泥基材料复合材料(UHSCC),以其优异的抗压、抗弯、抗拉、耐磨、耐腐蚀等超强耐久性性能,是实现建筑业可持续发展的关键技术。针对高强及超高强水泥基材料表现出脆性大、收缩大,早期开裂严重等一系列突出问题,本文利用天然河砂,粉煤灰、矿粉、硅灰等矿物掺合料,以及不同掺量钢纤维制备系列超高强水泥基复合材料。研究其基本物理力学性能、水化性能、干缩及早期抗裂性能。基于优选配比制备超高强钢纤维水泥基复合材料检查井盖,研究钢纤维体积掺量、井盖厚度、配筋与否、筋材类型(钢筋和FRP筋)等对其挠度的影响,并分析了检查井盖的破坏模型和经济效益。研究结果如下:1.超高强水泥基复合材料中单掺粉煤灰或矿粉时可以明显改善其工作性,硅灰则显着降低其工作性。随钢纤维掺量的增加,超高强水泥基材料的工作性逐级降低,但掺高效减水剂可改善其工作性。2.超高强水泥基复合材料的抗压及抗折强度随养护龄期的增加而增加。相比标准养护28d,纯水泥试样蒸汽养护时,抗压强度增加了3.5%,热水养护时降低了12.1%,蒸汽或热水养护时抗折强度降低了1.4%~2.4%。单掺矿物掺和料时,超高强水泥基复合材料的抗压和抗折强度均相应增加;蒸汽或热水养护下,相比标准养护28d,单掺粉煤灰或矿粉时,抗压强度降低了1%~12.1%,抗折强度降低了15%~20%;同样单掺硅灰时,抗压强度增加了3.3%~16.8%,而抗折强度的发展有增有减。叁掺时抗压强度则降低了14%~21%,抗折强度随养护制度的不同有增有减。当钢纤维掺量为0~1.0%时,抗压强度增幅较小甚至降低,当掺量为1.5%~2.0%时,增加值低于28.4%,抗折强度随钢纤维掺量的增加而增加,掺矿粉为最佳掺和料,钢纤维最佳掺量为1.5%。3.超声波法是测试超高强水泥基材料早期水化的有效手段,对比纯水泥试样波速发展规律,掺加矿物掺和料后,早期更多表现出微集料效应,且掺加硅灰的试样微集料效应表现更加明显。纯水泥试样随龄期的增加,Ca(OH)2含量逐渐增加,不同养护制度下水化程度排序为:蒸汽养护3d>标准养护28d>热水养护3d;随着掺和料的不同,水化进程不同,其中标准养护时,单掺粉煤灰或矿粉试样后期Ca(OH)2含量降低,则体现出粉煤灰或矿粉的二次水化能力大小;通过对比Ca(OH)2含量,则推测出掺加硅灰对复合材料的早期强度有较大影响;蒸汽或热水养护时,各试样中Ca(OH)2含量排序:纯水泥>粉煤灰>叁掺>矿粉>硅灰。4.掺加矿物掺和料可以显着降低超高强水泥基复合材料的总孔隙率,对于细化孔结构,各掺和料排序:矿粉>粉煤灰>硅灰>叁掺,比较两种高温养护制度得出结论:蒸汽养护优于热水养护。5.通过掺加矿物掺和料和掺加钢纤维充分降低了超高强水泥基复合材料的干缩,其中掺加粉煤灰或矿粉时,干缩率降低最为显着,当钢纤维掺量增至1.5%~2.0%时,干缩率降低较少;掺加粉煤灰时,超高强水泥基复合材料早期开裂风险显着降低,掺加钢纤维后,抗裂等级降低,阻裂效果明显增强,其中掺加1.5%钢纤维时,阻裂效果最佳。6.采用500t大型压力成型机械压制成型超高强水泥基复合材料检查井盖,检查井盖承载力随着钢纤维掺量和井盖厚度增加而增加,配置钢筋或FRP筋材时均能增加其承载力;检查井盖的破坏形式主要有抗弯破坏和剪切破坏;由超高强水泥基复合材料制备出检查井盖的基本性能约占铸铁井盖的80%以上,但成本仅占铸铁井盖的60%,甚至更低。
参考文献：
[1]. 超高性能水泥基复合材料的力学性能和微结构研究[D]. 赵素晶. 东南大学. 2016
[2]. 特超强高性能混凝土的制备及其结构与性能研究[D]. 王冲. 重庆大学. 2005
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[4]. 纳米SiO_2改性超高韧性水泥基复合材料试验研究[D]. 高翔. 浙江大学. 2016
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[6]. 钢—配筋UHPC组合桥面结构弯曲受拉性能研究[D]. 张哲. 湖南大学. 2016
[7]. 超高强水泥基复合材料制备技术研究[D]. 王军委. 青岛理工大学. 2014
[8]. 超高强混凝土的硬化过程[D]. 王德辉. 湖南大学. 2015
[9]. 超高韧性水泥基复合材料基本力学性能和应变硬化过程理论分析[D]. 蔡向荣. 大连理工大学. 2009
[10]. 超高强水泥基复合材料及其制品研究[D]. 张宇. 青岛理工大学. 2015
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