高强高性能混凝土高温损伤多尺度缺陷研究

发布时间：2020-06-11 22:55

【摘要】：高温作用下混凝土的力学性能、热工性能和内部微结构都会发生变化,性能严重劣化,从而引起混凝土构件和结构的变形加剧,严重时会导致整体结构倒塌和破坏。高强高性能混凝土因其内部结构致密,遭受火灾后容易出现爆裂,对结构危害更大。因此,研究高强高性能混凝土高温损伤多尺度缺陷,探讨高温作用下缺陷劣化演化规律,对提高高性能混凝土的抗火性能、防灾减灾,及其火灾后的加固补强具有重要意义。本文混凝土的缺陷指孔隙和裂缝。主要从宏观尺度、细观尺度和微观尺度三个方面对其高温损伤缺陷进行研究。宏观尺度下利用裂缝综合检测仪对混凝土表面裂缝进行测量,细观尺度下采用X射线CT技术对高性能混凝土试件进行扫描,微观尺度下运用扫描电镜对混凝土内部结构进行观测,研究不掺和掺0.2%聚丙烯纤维的C60和C80高性能混凝土高温损伤缺陷及其劣化演化规律,并进行对比分析。本文主要研究内容如下:1、高温后高强高性能混凝土高温损伤宏观缺陷分析(1)高强高性能混凝土高温损伤表观现象分析对不掺和掺0.2%聚丙烯纤维的C60和C80高性能混凝土高温后的表观现象进行描述。试验结果表明,经过高温作用,C60和C80混凝土表面颜色由常温时的深灰色变为浅白色;表面裂缝随温度升高而萌生、发展、贯通,HPC0开始出现裂缝的温度较PPHPC低。(2)高强高性能混凝土表面裂缝分析研究混凝土表面裂缝数量和宽度随温度变化规律。试验结果表明:各温度下混凝土表面0.1mm的裂缝分布最多;随着温度升高,裂隙宽度持续扩展;800℃时混凝土表面裂缝宽度均大于0.5mm,最大达0.705mm;PPHPC的表面裂缝数量较HPC0少。2、高强高性能混凝土高温损伤细观缺陷CT分析(1)高温下高强高性能混凝土X射线CT图像特征分析对不掺和掺0.2%聚丙烯纤维的C60和C80高性能混凝土进行CT扫描,得到各温度下的CT图片,分析随着作用温度升高,混凝土CT图像的变化特征。试验结果表明:随着作用温度升高,HPC0和PPHPC内部微结构是不断劣化的,但两者劣化规律不一致。400℃前,HPC0内部微结构随着温度升高逐步劣化;PPHPC微结构在300℃前变化不明显,400℃时变化显著。(2)高温下高强高性能混凝土孔隙参数统计分析研究孔隙的数量、面积和平均孔隙直径随温度的变化规律。试验结果表明:随着作用温度升高,混凝土内部孔隙数量、孔隙面积和孔隙平均直径呈增加趋势;对于同一强度等级混凝土,在任何温度作用下,原生孔隙多的混凝土,其孔隙数量和面积均比原生孔隙少的大,但其增长率低;PPHPC的阈值温度是500℃。(3)高温下高强高性能混凝土孔隙分形维数分析引入分形理论,采用差分盒维数法研究C60和C80高性能混凝土微结构变化分形规律。试验结果表明:随着作用温度升高,HPC的分形维数基本上呈增大趋势;在任何温度下,C60 PPHPC的分形维数均大于HPC0,C80 PPHPC的分形维数在500℃高温作用前小于HPC0。(4)高温下高强高性能混凝土裂缝演化规律分析把C60高性能混凝土各温度下某特定层CT图中的裂缝单独提取出来,定量观测与分析裂缝的形态、数量、长度、宽度及面积和周长随温度变化的规律,并与C80混凝土裂缝特征进行对比分析。试验结果表明:随着作用温度升高,混凝土内部裂缝的长度、宽度、面积和周长基本上呈增大趋势;HPC0和PPHPC的裂缝参数、形态和发展规律不同。(5)高温下高强高性能混凝土孔隙演化规律分析从混凝土CT图像中挑选出四个孔隙进行分析,研究孔隙直径和面积随温度变化演化规律。试验结果表明:随着温度升高,单个孔隙的直径会扩大或缩小;多个单独小孔会融合成大孔,孔隙面积发生变化。3、高强高性能混凝土高温损伤微观缺陷扫描电镜分析(1)孔隙结构扫描电镜分析借助扫描电镜技术研究高强高性能混凝土内部孔隙结构随温度变化的演化规律,孔结构包括孔隙面积比和孔径分布两个参数。试验结果表明:随着作用温度升高,C60HPC的孔隙面积比是增大的;与HPC0相比,PPHPC的孔隙面积比较大;C60HPC的小孔(0.05μm)和过渡孔(0.05~0.10μm)的孔隙占比呈减小趋势,大孔(0.1μm)占比呈增加趋势。(2)裂缝扫描电镜分析研究高性能混凝土内部裂缝随温度变化的演化规律。试验结果表明:混凝土内部裂缝随温度升高发展,裂缝宽度增加,500℃时相互贯通;裂缝发展趋势与CT试验所观测的相一致。
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TU528

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