超高韧性水泥基复合材料高温性能试验研究

发布时间：2017-09-06 12:18

  本文关键词：超高韧性水泥基复合材料高温性能试验研究

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【摘要】：随着社会的进步,建筑行业蓬勃发展,越来越多的新材料和新技术渐渐被应用到建筑领域中。超高韧性水泥基复合材料(ECC)在常温下具有出色的拉伸性能、控裂能力以及非线性变形能力,其在土木工程中的应用越来越广。目前,对ECC的研究主要集中在常温性能方面,对其高温性能的研究比较欠缺,因此,本文对ECC的高温性能进行试验研究具有重要的意义。通过对ECC试件的高温试验,发现试件的颜色由青灰色逐渐变红,且比相同温度下的普通混凝土更泛红；试件逐渐疏松、开裂,高温后其完整性优于普通混凝土,300℃后,试件表面的PVA纤维消失不见；高温条件下,ECC试件不会爆裂；ECC试件质量损失率随加热温度的升高逐渐增大,200℃前的质量损失速度最快。通过ECC试件高温后力学性能试验,考察了经历不同温度后ECC立方体抗压强度、劈裂强度、轴心抗压强度、峰值应变、弹性模量、单轴拉伸强度、单轴受压应力-应变关系曲线的变化。结果表明：ECC试件在200℃以下呈塑性破坏,300℃以上呈脆性破坏；ECC各项力学性能随着温度升高而降低,单轴拉伸强度约为劈裂强度的1/2。根据ECC高温前后各项力学性能的退化规律,回归了ECC高温后立方体抗压强度、劈裂强度、轴心抗压强度、峰值应变、弹性模量、单轴拉伸强度随温度变化的公式以及单轴受压应力-应变全曲线本构模型。高温后微观结构SEM图表明,200℃前,ECC的微观结构没有出现显著变化；300℃后,PVA纤维完全熔化,基体中形成了额外互相联通的孔道；600℃后,C-S-H凝胶因高温脱水分解而导致微细观结构变化,整块的C-S-H致密结构开始变少,有大量的裂缝产生。压汞试验表明,温度越高,ECC的孔隙结构越粗糙,孔隙率越大。对ECC材料开展相关的热物理性能试验研究。结果表明：随着温度的升高,ECC的导热系数逐渐降低,且下降幅度较大；ECC材料的质量比热容在150℃左右有一个突变；20～500℃,ECC的热膨胀介于欧规的钙质混凝土与硅质混凝土的热膨胀之间,而400～800℃,其热膨胀不在此界限内,比钙质混凝土的热膨胀要低。回归了ECC材料的导热系数、比热、热膨胀系数随温度变化的公式。ECC的TG-DSC曲线可分为三个阶段,预示这些阶段材料存在明显物理、化学反应,该方法测得的高温比热容曲线与采用HotDisk热常数分析仪测得的曲线相差不大。利用有限元软件ABAQUS,采用顺序热-力耦合方法分析了钢筋增强ECC约束梁的高温后受力性能。结果表明：ABAQUS分析得到的ECC梁高温下的温度场与试验结果符合较好,ECC梁在升温结束瞬间的温度分布与截面最高温度相差比较大,只研究高温作用下升温阶段的温度场偏不安全；将ECC梁节点的最高温度作为初始条件导入到力学模型中,分析得到的高温后荷载-挠度曲线、荷载-轴向变形曲线、荷载-轴力曲线、荷载-受拉纵筋应变曲线与试验值的趋势大体相同。
【关键词】：ECC 力学性能 热工性能 高温 有限元
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU528
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第一章 绪论11-19
• 1.1 火灾的危害11
• 1.2 ECC的产生、发展与应用11-13
• 1.3 国内外研究现状13-16
• 1.3.1 ECC常温性能13-16
• 1.3.2 ECC高温性能16
• 1.4 本文的主要研究内容16-17
• 参考文献17-19
• 第二章 试验方法19-35
• 2.1 引言19
• 2.2 试件设计19-22
• 2.2.1 原材料选用19-20
• 2.2.2 ECC配合比20-21
• 2.2.3 试件尺寸确定21
• 2.2.4 试件制作与养护21-22
• 2.3 高温后力学性能试验22-27
• 2.3.1 升温制度22-24
• 2.3.2 立方体抗压试验24
• 2.3.3 劈裂试验24-25
• 2.3.4 轴心抗压试验25-26
• 2.3.5 四点弯试验26
• 2.3.6 单向拉伸试验26-27
• 2.4 扫描电镜试验27
• 2.5 压汞试验27-28
• 2.6 热工性能试验28-31
• 2.6.1 热常数分析28-30
• 2.6.2 线膨胀系数测量30
• 2.6.3 热重-差热分析30-31
• 2.7 本章小结31
• 参考文献31-35
• 第三章 ECC高温力学性能35-63
• 3.1 引言35
• 3.2 高温试验结果35-37
• 3.2.1 高温试验现象35
• 3.2.2 高温后试件的表面特征35-37
• 3.2.3 高温后试件的质量损失率37
• 3.3 ECC立方体抗压37-39
• 3.3.1 试验现象37-38
• 3.3.2 立方体抗压强度38-39
• 3.3.3 相对残余立方体抗压强度与温度间的关系39
• 3.4 ECC劈裂39-42
• 3.4.1 试验现象39-40
• 3.4.2 劈裂强度40-41
• 3.4.3 相对残余劈裂强度与温度间的关系41
• 3.4.4 劈裂变形41-42
• 3.5 ECC轴心抗压42-51
• 3.5.1 试验现象42
• 3.5.2 受压应力-应变曲线42-44
• 3.5.3 峰值应力44-45
• 3.5.4 峰值应变45-46
• 3.5.5 弹性模量46-47
• 3.5.6 泊松比47-48
• 3.5.7 单轴受压应力-应变曲线方程48-51
• 3.6 ECC四点弯51-53
• 3.6.1 试验现象51
• 3.6.2 荷载-挠度曲线51-53
• 3.7 ECC单轴拉伸53-57
• 3.7.1 试验现象53-54
• 3.7.2 单轴拉伸强度54-55
• 3.7.3 相对残余单轴拉伸强度与温度间的关系55
• 3.7.4 单轴拉伸应力-应变曲线55-57
• 3.8 SEM分析57-59
• 3.9 压汞分析59-60
• 3.10 本章小结60-61
• 参考文献61-63
• 第四章 ECC热工性能63-69
• 4.1 引言63
• 4.2 热常数63-65
• 4.3 线膨胀系数65-66
• 4.4 热重-差热分析66
• 4.5 本章小结66-67
• 参考文献67-69
• 第五章 钢筋增强ECC约束梁高温性能有限元分析69-85
• 5.1 引言69
• 5.2 ABAQUS简介69-70
• 5.3 试验概况70-71
• 5.4 RECC梁的温度场有限元分析71-77
• 5.4.1 火灾温度-时间曲线71-72
• 5.4.2 材料的热工性能72
• 5.4.3 ABAQUS温度场分析72-77
• 5.5 钢筋增强ECC约束梁的高温后力学性能有限元分析77-83
• 5.5.1 材料的本构模型77-78
• 5.5.2 ABAQUS高温后力学性能分析78-83
• 5.6 本章小结83-84
• 参考文献84-85
• 第六章 结论与展望85-87
• 6.1 结论85-86
• 6.2 展望86-87
• 附录87-88
• 致谢88-89
• 作者简介89

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本文编号：803085