海水环境下纤维增强水泥基复合材料力学性能及弯曲韧性研究
发布时间：2020-12-17 19:41
海水侵蚀环境给我国海港混凝土结构带来严重危害。纤维增强水泥基复合材料可以有效减少海水侵蚀带来的损伤。本文分别采用钢纤维、钢-聚丙烯（PP）混杂纤维、钢-聚乙烯醇（PVA）混杂纤维和苎麻纤维,通过模拟海水开展纤维增强水泥基复合材料的力学性能、干湿循环与冻融循环试验,对比标准养护环境,研究了海水环境下纤维增强水泥基复合材料的力学性能、弯曲韧性损伤规律等。主要研究结论如下:（1）对于钢纤维增强水泥基复合材料,随着钢纤维掺量的增加,拉压比、抗弯强度以及韧度指标明显增大,弯曲韧性能力得到提升。当水泥掺量为胶凝材料质量的70%,粉煤灰与硅灰掺量皆为15%时,随着钢纤维掺量的增加,弯曲韧性的提高程度最大;当钢纤维掺量为2%时,额外掺入0.3%掺量的合成纤维,能提高水泥基复合材料的抗压、劈裂抗拉、抗弯强度、韧性指数、韧度因子及弯曲韧度比;当合成纤维替代0.3%钢纤维掺量,韧度因子没有明显降低,再增加替代量,则会降低纤维水泥基复合材料材料的韧度因子及弯曲韧度比。（2）纤维增强水泥基复合材料随着海水干湿循环次数的增加,抗压、劈裂抗拉强度先增高后降低,抗弯强度逐渐降低;随着冻融循环次数的增加,抗压、劈裂抗拉...
【文章来源】：武汉科技大学湖北省
【文章页数】：99 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
标准养护试验技术路线
武汉科技大学硕士学位论文9图1.2海水侵蚀试验技术路线图1.2为海水环境下纤维增强水泥基复合材料试验技术路线。通过对材料宏观力学性能进行测试，并对试件破坏过程进行观测，在此基础上进行相关理论分析。1.3.3研究目标结合国内外研究现状，本次试验的总目标是得到在海水环境下纤维增强水泥基材料力学性能及弯曲韧性的劣化规律，为实现在实际工程运用中提供相关参考依据。以总目标为指南，具体细化目标如下：(1)配制出具有良好弯曲韧性的纤维水泥基复合材料，测试其标准养护下基本力学性能。测试其抗压强度、劈裂抗拉强度，通过三点抗弯或四点抗弯试验，利用三种标准法评定纤维水泥基复合材料的弯曲韧性。(2)通过在海水环境下对纤维增强水泥基复合材料做干湿循环/冻融循环试验，侵蚀不同时间后的抗压、抗弯、动弹性模量、质量测试及韧性分析，得到在海水环境下干湿循环及冻融循环后纤维增强水泥基复合材料抗压强度、劈裂抗拉强度、抗弯强度、相对动弹性模量、质量损失率及韧性劣化程度与海水侵蚀时间的联系。(3)通过在标准养护下对苎麻纤维增强水泥基复合材料进行胶砂试件抗折、抗压、自收缩、电阻率试验分析，得到苎麻纤维增强水泥基材料力学性能与纤维掺量的联系；在海水环境下干湿循环及冻融循环后纤维增强水泥基复合材料抗弯强度、相对动弹性模量、韧性劣化程度与海水侵蚀时间的联系。
武汉科技大学硕士学位论文162.3.3立方体劈裂抗拉强度劈裂抗拉试验按照GB/T50081-2002进行，试验采用100mm立方体试块，每组3个试块。试验前检查试块的外观，确认试块无明显缺陷后，将试件放在劈裂夹具进行试验，如图2.2所示。劈裂承压面和劈裂面与试件成型时的顶面垂直；在上、下压板与试件之间垫以圆形弧垫块及垫条各一条，垫块和垫条与试件长下面中心线对准，将夹具放置于试验机下压板的中心位置。开动试验机，当上压板和立方体试块接近时，调整球座，使之接触均衡，以0.08MPa/s的加载速率均匀加载，当试件接近破坏时，停止调整试验机油阀，直至破坏，记录试验数据。计算结果精确至0.1MPa。图2.2劈裂抗拉试验加载示意图2.3.4抗弯强度抗弯试验按照GB/T50081-2002的试验方法，试件尺寸为100mm×100mm×400mm，每组3个，养护28d后进行测试。试验加载仪器为WAW-1000微机控制电液伺服万能试验机，首先利用砂纸将支座和加载点接触的位置打磨，使之表面平整。按照图2.3所示试验装置安装试件，利用试验机按钮调整上端加载荷头接触试件上表面时，以0.02mm/min的速度对试件进行连续、均匀的加载，直至试件破坏。利用电脑记录数据并保存荷载-位移曲线。常用的弯曲韧性试验加载模型是简支梁三分点加载弯曲模型(简称“四点法”)和开口简支梁三点加载弯曲模型(简称“切口梁法”)，梁式构件在弯曲情况下，试件的破坏截面为弯矩最大的截面，四点法的破坏截面在纯弯段。从应力的观点来看，四点法能够消除弯曲构件中横向剪应力对弯曲韧性和耗能结果的影响。按照标准计算方法用峰值荷载计算抗弯强度，并通过韧性计算方法对纤维增强水泥基材料的弯曲韧性进行评价。
【参考文献】：
期刊论文
[1]电阻率法研究引气剂对水泥浆体化学收缩及氯离子渗透性的影响[J]. 郭大卫,廖宜顺,江国喜,刘高鹏. 功能材料. 2019(02)
[2]冻融循环作用下超高性能混凝土界面过渡区微观力学性能劣化研究[J]. 谢瑞峰,陆林军,乔丕忠. 中国科学:技术科学. 2018(10)
[3]海水腐蚀下钢纤维和PVA-钢混杂纤维对混凝土力学性能影响的对比[J]. 蒋威,孙敏,李风雷. 混凝土与水泥制品. 2018(09)
[4]天然纤维/环氧树脂-混凝土的力学性能及老化规律[J]. 潘志伟,马东鹏,廖雨田,刘逸平,蒋震宇,汤立群. 复合材料学报. 2019(06)
[5]混杂纤维混凝土的抗冻性能试验研究[J]. 肖琦,郝帅,宁喜亮. 混凝土. 2018(07)
[6]超高韧性水泥基材料桥面连续构造的疲劳试验[J]. 胡克旭,侯梦君,余江滔,董思卫. 同济大学学报(自然科学版). 2018(06)
[7]高吸水性树脂对水泥浆体电阻率与自收缩的影响[J]. 陈磊,廖宜顺,徐鹏飞,鞠家佳,田凯. 混凝土与水泥制品. 2018(02)
[8]钢-PVA纤维混凝土流动性及力学性能研究[J]. 于婧,翟天文,梁兴文,孙骁骥. 建筑材料学报. 2018(03)
[9]反复荷载作用下钢-聚丙烯混杂纤维混凝土与钢筋黏结强度研究[J]. 徐礼华,张奥利,黄乐,陈平. 建筑结构学报. 2017(11)
[10]常温养护型超高性能混凝土的弯曲性能表征方法[J]. 王俊颜,李钢,郭君渊,刘超,刘国平. 同济大学学报(自然科学版). 2017(09)
博士论文
[1]海洋腐蚀与冻融环境下掺合料混凝土物理力学性能及损伤机理研究[D]. 李雁.中国矿业大学 2015
[2]碳纳米管增强水泥基复合材料多尺度性能及机理研究[D]. 刘巧玲.东南大学 2015
[3]钢纤维增强混凝土的腐蚀及防护研究[D]. 孙敏.苏州大学 2011
[4]黄麻纤维用于混凝土增强的研究[D]. 于湖生.东华大学 2010
[5]高强混凝土脆性评价方法及其增韧措施的研究[D]. 郭向勇.武汉大学 2005
硕士论文
[1]掺入混杂纤维对混凝土墩柱耐海水腐蚀性能影响[D]. 李风雷.苏州科技大学 2017
[2]高韧性纤维增强水泥基复合材料物理力学性能试验研究[D]. 王衍.哈尔滨工业大学 2016
[3]天然纤维水泥基材料力学性能的试验研究[D]. 史建丽.青岛理工大学 2015
[4]混杂纤维混凝土弯曲疲劳特性试验研究及预测分析[D]. 常佳伟.武汉理工大学 2012
[5]聚丙烯纤维混凝土抗盐冻性能试验研究[D]. 赵泽阳.西安建筑科技大学 2011
本文编号：2922592
【文章来源】：武汉科技大学湖北省
【文章页数】：99 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
标准养护试验技术路线
武汉科技大学硕士学位论文9图1.2海水侵蚀试验技术路线图1.2为海水环境下纤维增强水泥基复合材料试验技术路线。通过对材料宏观力学性能进行测试，并对试件破坏过程进行观测，在此基础上进行相关理论分析。1.3.3研究目标结合国内外研究现状，本次试验的总目标是得到在海水环境下纤维增强水泥基材料力学性能及弯曲韧性的劣化规律，为实现在实际工程运用中提供相关参考依据。以总目标为指南，具体细化目标如下：(1)配制出具有良好弯曲韧性的纤维水泥基复合材料，测试其标准养护下基本力学性能。测试其抗压强度、劈裂抗拉强度，通过三点抗弯或四点抗弯试验，利用三种标准法评定纤维水泥基复合材料的弯曲韧性。(2)通过在海水环境下对纤维增强水泥基复合材料做干湿循环/冻融循环试验，侵蚀不同时间后的抗压、抗弯、动弹性模量、质量测试及韧性分析，得到在海水环境下干湿循环及冻融循环后纤维增强水泥基复合材料抗压强度、劈裂抗拉强度、抗弯强度、相对动弹性模量、质量损失率及韧性劣化程度与海水侵蚀时间的联系。(3)通过在标准养护下对苎麻纤维增强水泥基复合材料进行胶砂试件抗折、抗压、自收缩、电阻率试验分析，得到苎麻纤维增强水泥基材料力学性能与纤维掺量的联系；在海水环境下干湿循环及冻融循环后纤维增强水泥基复合材料抗弯强度、相对动弹性模量、韧性劣化程度与海水侵蚀时间的联系。
武汉科技大学硕士学位论文162.3.3立方体劈裂抗拉强度劈裂抗拉试验按照GB/T50081-2002进行，试验采用100mm立方体试块，每组3个试块。试验前检查试块的外观，确认试块无明显缺陷后，将试件放在劈裂夹具进行试验，如图2.2所示。劈裂承压面和劈裂面与试件成型时的顶面垂直；在上、下压板与试件之间垫以圆形弧垫块及垫条各一条，垫块和垫条与试件长下面中心线对准，将夹具放置于试验机下压板的中心位置。开动试验机，当上压板和立方体试块接近时，调整球座，使之接触均衡，以0.08MPa/s的加载速率均匀加载，当试件接近破坏时，停止调整试验机油阀，直至破坏，记录试验数据。计算结果精确至0.1MPa。图2.2劈裂抗拉试验加载示意图2.3.4抗弯强度抗弯试验按照GB/T50081-2002的试验方法，试件尺寸为100mm×100mm×400mm，每组3个，养护28d后进行测试。试验加载仪器为WAW-1000微机控制电液伺服万能试验机，首先利用砂纸将支座和加载点接触的位置打磨，使之表面平整。按照图2.3所示试验装置安装试件，利用试验机按钮调整上端加载荷头接触试件上表面时，以0.02mm/min的速度对试件进行连续、均匀的加载，直至试件破坏。利用电脑记录数据并保存荷载-位移曲线。常用的弯曲韧性试验加载模型是简支梁三分点加载弯曲模型(简称“四点法”)和开口简支梁三点加载弯曲模型(简称“切口梁法”)，梁式构件在弯曲情况下，试件的破坏截面为弯矩最大的截面，四点法的破坏截面在纯弯段。从应力的观点来看，四点法能够消除弯曲构件中横向剪应力对弯曲韧性和耗能结果的影响。按照标准计算方法用峰值荷载计算抗弯强度，并通过韧性计算方法对纤维增强水泥基材料的弯曲韧性进行评价。
【参考文献】：
期刊论文
[1]电阻率法研究引气剂对水泥浆体化学收缩及氯离子渗透性的影响[J]. 郭大卫,廖宜顺,江国喜,刘高鹏. 功能材料. 2019(02)
[2]冻融循环作用下超高性能混凝土界面过渡区微观力学性能劣化研究[J]. 谢瑞峰,陆林军,乔丕忠. 中国科学:技术科学. 2018(10)
[3]海水腐蚀下钢纤维和PVA-钢混杂纤维对混凝土力学性能影响的对比[J]. 蒋威,孙敏,李风雷. 混凝土与水泥制品. 2018(09)
[4]天然纤维/环氧树脂-混凝土的力学性能及老化规律[J]. 潘志伟,马东鹏,廖雨田,刘逸平,蒋震宇,汤立群. 复合材料学报. 2019(06)
[5]混杂纤维混凝土的抗冻性能试验研究[J]. 肖琦,郝帅,宁喜亮. 混凝土. 2018(07)
[6]超高韧性水泥基材料桥面连续构造的疲劳试验[J]. 胡克旭,侯梦君,余江滔,董思卫. 同济大学学报(自然科学版). 2018(06)
[7]高吸水性树脂对水泥浆体电阻率与自收缩的影响[J]. 陈磊,廖宜顺,徐鹏飞,鞠家佳,田凯. 混凝土与水泥制品. 2018(02)
[8]钢-PVA纤维混凝土流动性及力学性能研究[J]. 于婧,翟天文,梁兴文,孙骁骥. 建筑材料学报. 2018(03)
[9]反复荷载作用下钢-聚丙烯混杂纤维混凝土与钢筋黏结强度研究[J]. 徐礼华,张奥利,黄乐,陈平. 建筑结构学报. 2017(11)
[10]常温养护型超高性能混凝土的弯曲性能表征方法[J]. 王俊颜,李钢,郭君渊,刘超,刘国平. 同济大学学报(自然科学版). 2017(09)
博士论文
[1]海洋腐蚀与冻融环境下掺合料混凝土物理力学性能及损伤机理研究[D]. 李雁.中国矿业大学 2015
[2]碳纳米管增强水泥基复合材料多尺度性能及机理研究[D]. 刘巧玲.东南大学 2015
[3]钢纤维增强混凝土的腐蚀及防护研究[D]. 孙敏.苏州大学 2011
[4]黄麻纤维用于混凝土增强的研究[D]. 于湖生.东华大学 2010
[5]高强混凝土脆性评价方法及其增韧措施的研究[D]. 郭向勇.武汉大学 2005
硕士论文
[1]掺入混杂纤维对混凝土墩柱耐海水腐蚀性能影响[D]. 李风雷.苏州科技大学 2017
[2]高韧性纤维增强水泥基复合材料物理力学性能试验研究[D]. 王衍.哈尔滨工业大学 2016
[3]天然纤维水泥基材料力学性能的试验研究[D]. 史建丽.青岛理工大学 2015
[4]混杂纤维混凝土弯曲疲劳特性试验研究及预测分析[D]. 常佳伟.武汉理工大学 2012
[5]聚丙烯纤维混凝土抗盐冻性能试验研究[D]. 赵泽阳.西安建筑科技大学 2011
本文编号：2922592
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