300～400MPa超高强混凝土结构与性能研究

发布时间：2017-10-26 15:41

  本文关键词：300～400MPa超高强混凝土结构与性能研究

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【摘要】：超高强度活性粉末混凝土材料(Reactive Powder Concrete,简称RPC)是一种新型的无机非金属复合材料,具有低密度、高韧性、高强度等特点。本文针对RPC超高强活性粉末混凝土的结构与性能进行研究,取得的主要研究成果如下：细集料是RPC混凝土的主要组成材科,它占RPC混凝土总体积的30—50%。细集料在RPC混凝土中既有技术上的作用,又有经济上的意义。通过掺加石英砂、电熔刚玉、陶瓷微珠等来进行骨料性能对比。当掺加12mm钢纤维,随着细石英砂骨料掺量增加,RPC混凝土的抗折强度与抗压强度逐步提高,弯曲强度、抗压强度在细石英砂骨料掺量为1.1时达到峰值。高强度、高硬度、高弹性模量的电熔刚玉与RPC基体界面结合性能较差,对RPC增强效果不显著。高强度、弹性模量与基体相适应的陶瓷微珠,可稳定制得抗压强度达到330MPa,抗折强度达到40MPa的超高强活性粉末混凝土,陶瓷微珠可以显著增强RPC混凝土性能。钢纤维形状、长径比、切碎钢纤维等各类纤维组合等对RPC混凝土性能有重要的影响。通过掺加大掺量的钢纤维,实验结果是随着钢纤维掺量的增大,抗折强度和抗压强度有显著的提高,当总钢纤维体积份数不变的情况下,12mm的长纤维对抗折强度影响较大,6mm的短纤维对抗压强度影响较大,弯曲呈现塑性破坏特征；切碎钢纤维掺量增加对RPC复合材料抗压强度提升显著,对弯曲强度提升不显著,弯曲呈现脆性破坏特征。采用RPC基体作为研究对象,选用熔炼石英粉作为硅质原料,在RPC基体XRD物相分析中消除石英衍射峰的干扰影响,提高了XRD物相分析精度。通过使用熔炼石英粉取代超细石英粉,通过冷等静压和塑性成型两种方式,研究水化产物在不同生长空间下的显微硬度、抗压强度和水化硅酸钙形核生长等变化规律。研究发现,维氏硬度可以很好地表征RPC基体的力学性能与基体结构；冷等静压成型基体结构致密,断口呈现金属光泽,抗压破坏呈现层剥落现象,基体呈现脆性破坏。在大水灰比条件下,RPC基体中没有发现托贝莫来石的衍射峰;通过SEM实验发现,RPC基体非常致密,宏观缺陷表现为少量引气孔,在引气孔边壁有少量结晶态水化产物生成。因此,水化产物粒径小,整体非常致密是RPC混凝土超高强度的重要原因之一。对RPC基体物相与结构形貌研究发现,RPC水化产物主要是C-S-H gel和部分未水化的水泥熟料,扫描电镜观察RPC基体结构致密,水化相呈现凝胶颗粒聚集与半结晶态纤维堆积,水化相堆积呈现结晶内应力现象。在RPC基体空隙中发现六边形柱状氢氧化钙晶体,氢氧化钙结晶析出增加了膨胀内应力,在钢纤维对膨胀约束下可以实现内应力增强,并配置出抗弯曲强度达到了101.2MPa,抗压强度达到了406.4MPa超高性能混凝土。
【关键词】：超高性能混凝土 RPC(Reactive Powder Concrete) 内应力 陶瓷微珠 钢纤维 水化硅酸钙 托贝莫来石
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU37
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-15
• 1.1 引言9-10
• 1.2 RPC材料国内外研究现状及发展动态分析10-14
• 1.3 主要研究内容14-15
• 2 实验材料、试验方法与仪器15-20
• 2.1 实验原材料及性能15-17
• 2.1.1 细骨料15
• 2.1.2 胶凝材料15-16
• 2.1.3 钢纤维16-17
• 2.2 实验方法17-19
• 2.2.1 试样制备与养护制度17
• 2.2.2 性能测试17-18
• 2.2.3 微观形貌与物相分析18-19
• 2.3 实验仪器与设备19-20
• 3 超硬骨料对RPC性能影响研究20-33
• 3.1 细石英砂骨料对RPC性能的影响20-23
• 3.2 白刚玉骨料对RPC性能的影响23-25
• 3.3 陶瓷微珠对RPC性能影响25-30
• 3.3.1 细陶珠取代细石英砂骨料的影响26-27
• 3.3.2 细陶瓷微珠骨料对RPC的影响27-28
• 3.3.3 钢纤维掺量对陶瓷微珠为骨料的RPC混凝土的性能影响28-30
• 3.4 RPC基体微结构研究30-32
• 3.5 本章小结32-33
• 4 钢纤维对RPC混凝土增强效果33-49
• 4.1 切碎钢纤维对RPC增强效果的研究33-38
• 4.1.1 切碎钢纤维掺量对RPC抗弯抗压强度的影响33-35
• 4.1.2 切碎钢纤维掺量对RPC动弹模量的影响35-37
• 4.1.3 切碎钢纤维RPC试样断口观察37-38
• 4.2 长短钢纤维组合对RPC性能的影响38-41
• 4.2.1 石英砂为骨料长短纤维组合对RPC性能的影响38-39
• 4.2.2 陶瓷微珠为骨料长短纤维组合对RPC性能的影响39-41
• 4.3 12mm长纤维、超细石英粉对提高RPC弯曲强度研究41-47
• 4.3.1 石英粉作为混合胶凝材料的大掺量钢纤维RPC研究41-42
• 4.3.2 超细石英粉(Cs1002)作为混合胶凝材料的大掺量钢纤维RPC研究42-44
• 4.3.3 熔炼石英粉(Fs1002)作为混合胶凝材料的大掺量钢纤维RPC研究44-47
• 4.4 小结47-49
• 5 超高强RPC混凝土增强增韧机制研究49-74
• 5.1 不同水灰比的RPC混凝土基体试件制备49-51
• 5.1.1 RPC基体的冷等静压成型50
• 5.1.2 RPC基体的振动成型50-51
• 5.2 RPC混凝土基体结构与性能变化规律51-70
• 5.2.1 不同水灰比冷等静压成型RPC基体的体积密度变化规律51-52
• 5.2.2 不同水灰比RPC基体的物相分析52-55
• 5.2.3 RPC基体的力学性能-抗压强度55-56
• 5.2.4 RPC基体的力学性能--显微硬度测试56-60
• 5.2.5 不同水灰比RPC基体的显微结构60-66
• 5.2.6 不同水灰比RPC基体的孔分布和比表面积66-70
• 5.3 400MPa超高强RPC混凝土70-72
• 5.4 本章小结72-74
• 结论74-75
• 致谢75-76
• 参考文献76-80
• 附录80

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本文编号：1099333