不锈钢纤维对超高性能混凝土性能影响的研究

发布时间：2020-05-28 20:09

【摘要】：超高性能混凝土(UHPC)具有高强、高韧性、高耐久性等特点。纤维的掺入不仅可以提高其抗压性能而且能显著改善其韧性。研究与应用发现,钢纤维能显著改善UHPC的力学性能。在工程应用中,使用最多的是镀铜钢纤维,纤维表层虽然镀铜,但在UHPC制备过程中,镀铜很容易因材料间摩擦力而损坏,在实际工程中掺镀铜钢纤维的UHPC表层很容易出现锈渍,特别是在一些恶劣的使用环境中如海洋、冻融循环等。用有机纤维替代镀铜钢纤维,可改善UHPC表层易锈蚀的问题,但其增强效果不如镀铜钢纤维。不锈钢纤维与镀铜钢纤维都是钢纤维,但不锈钢纤维不易锈蚀和耐高温,并且不锈钢纤维对UHPC的力学性能影响尚不明确。本文针对不锈钢纤维对UHPC的力学性能和抗锈蚀性能进行了研究。通过掺入不同长径比和纤维掺量的不锈钢纤维,来研究不锈钢纤维对UHPC抗压强度、弯拉强度、弹性模量的影响;通过对分别掺入不锈钢纤维和镀铜钢纤维的UHPC进行氯盐干湿循环试验,研究不锈钢纤维对UHPC表面锈蚀的影响。试验结果表明:(1)不锈钢纤维的掺入能使UHPC的抗压强度得到提高,当掺入长径比为80,掺量为2%的不锈钢纤维时,强度较素UHPC相比提高32%。纤维掺量相同时,UHPC的抗压强度随长径比的增长变化不大。纤维长径比相同时,当纤维掺量不断增加,UHPC的抗压强度增强幅度越大。但当超过一定数值时,其抗压强度增强效果会降低。(2)不锈钢纤维的掺入能提高UHPC的受压弹性模量。纤维掺量相同时,掺不同长径比的不锈钢纤维,UHPC的弹性模量基本不变。长径比相同时,当纤维掺量从0%增长到2.5%,UHPC的弹性模量不断提高。(3)不锈钢纤维可以显著提高UHPC的弯拉强度,当掺入长径比为80,掺量为2%的不锈钢纤维时,UHPC的弯拉强度较素UHPC提高137.6%。纤维掺量相同时,长径比越大的不锈钢纤维对UHPC弯拉强度的增强效果越好。在相同纤维长径比下,UHPC的弯拉强度增长幅度,随掺量的增加而增大。(4)在UHPC中掺入不锈钢纤维能显著改善其韧性,纤维掺量为2%的UHPC较素UHPC的韧性指数I_5、I_(10)、I_(20)均大幅度提高。不锈钢纤维的掺入对UHPC的初裂强度的影响幅度较低,可大幅度提高其峰值强度,并当其掺量增长时,峰值强度不断提高。(5)在同纤维掺量、同纤维长径比,不锈钢纤维和镀铜钢纤维均能显著提高UHPC的抗压、抗弯强度;不锈钢纤维体积掺量为2%、长径比为80的UHPC较素UHPC,抗压强度提高36.8%,抗弯强度提高137.6%;镀铜钢纤维体积掺量为2%、长径比为80的UHPC较素UHPC,抗压强度提高34.4%,抗弯强度提高141.9%;可认为不锈钢纤维和镀铜钢纤维对UHPC抗压、抗弯性能具有相同的改善作用。(6)掺不锈钢纤维的UHPC与掺镀铜钢纤维的UHPC相比,具有优良的抗锈蚀性能;经过11次循环干湿试验,掺不锈钢纤维的UHPC表面未出现锈迹,而掺镀铜钢纤维的UHPC表面出现大量锈迹。
【图文】：

混凝土从原材料角度进行优化，其力学性能得到了大 RPC800 与高强混凝土进行对比，如下表 1.1 所示：表 1. 1 超高性能混凝土与高强混凝土比较[3]能活性粉末混凝土RPC200活性粉末混凝土RPC800高强（MPa） 170~230 500~800 6（MPa） 30~60 45~140 （GPa） 40~60 65~75 裂性能 30000 1500 中掺入适量长径比的钢纤维，由于钢纤维与 UHPC 之所以开裂后仍能承受一定范围内的荷载，UHPC如下图 1.1 所示。

不利因素作用下 UHPC 的耐久性会降低。梁咏宁等研究了不同因素对 RPC 抗氯离子渗透性能的影响，结果如下图 示，图中中 A 代表砂胶比、B 代表水胶比、C 代表钢纤维掺量，1、2、3、4各因素数值的大小关系 1 最小 4 最大，从图中可以看出，RPC 的氯离子扩散随着砂胶比的增大而减小；随钢纤维的掺量增大而增大。唐爱华等研究了各和料对 RPC 抗氯离子的侵蚀的影响，，结果表明，掺粉煤灰的 RPC 抗氯离子能力最强，其次是硅灰、石英粉，抗氯离子渗透能力最差的是掺微硅灰PC[38]。Graybeal 用电通量发研究 RPC 抗氯离子渗透，发现试件 6h 的通电量 30C[39]。Roux 将 RPC 放入电化学溶液中，测其电导率并用 Nernst-Plank 方其氯离子扩散系数为 2×10-14m2/s[40]。通过国内外大量学者的研究均可得知HPC 的 Cl-扩散系数很低，对于掺钢纤维的 UHPC，其表面的钢纤维经常出现，主要是因为表层的钢纤维裸露在外面或者是保护层太薄，在一些恶劣的使境中会发生锈蚀现象。瑞士曾用盐水作用在预制 UHPC 桥梁上，发现表面的维很快就有锈蚀现象[41]。
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TU528

【参考文献】

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本文编号：2685767