碱激发矿渣制备绿色ECC的研究

发布时间：2017-04-01 16:01

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【摘要】：美国密歇根大学的Victor Li教授等人根据细观力学和断裂力学的基本原理提出了一种经过设计的纤维增强水泥基材料ECC(Engineered Cementitious Composites)的设计理念。ECC是一种在拉伸荷载下具有应变硬化特性的水泥基材料,由于其超强的韧性和独特的多缝开裂特性,在土木工程领域具有广阔的应用空间。尽管ECC具有优异的长期性能和耐久性,但是其中胶凝材料用量很大,水泥的消耗引起很多资源与环境问题。碱矿渣胶凝材料不仅性能优良,而且能耗低,合理利用了固体废弃物,可用于制备低碳环保的绿色建材。目前研制的纤维增强应变硬化碱矿渣砂浆过低的抗压强度还有很大的提升空间。为了获得整体强度较高,变形能力好的绿色低碳ECC,本论文在原有ECC配制技术基础上,结合碱矿渣混凝土制备技术,制备了纤维增强碱矿渣应变硬化复合材料(简称碱矿渣ECC,AAS-ECC),其抗压强度比目前的应变硬化碱矿渣砂浆提高了约2倍。通过改变水胶比、砂胶比和碱掺量的方式,以抗折、抗压、单轴拉伸和四点弯曲性能为主要考察指标,研究这三个因素对碱矿渣ECC性能的影响,并优化其配合比。主要结论如下:(1)碱矿渣ECC的28d抗折强度在9~16.9 MPa范围内,28d抗压强度在77.2~106.7 MPa范围内。抗折与抗压强度随水胶比增大而降低,随砂胶比增大而增大,碱掺量在6%~8%时抗压强度最高。(2)碱矿渣ECC在单轴拉伸荷载下的极限拉伸应变可达到1%以上,拉伸试验过程中可观察到多重开裂现象,具有应变硬化性能。碱矿渣ECC的各个拉伸性能指标随水胶比、砂胶比和碱掺量的变化而波动,砂胶比为0.8、水胶比0.35~0.40、碱掺量4%或8%的碱矿渣ECC应变硬化效果最佳。(3)碱矿渣ECC在四点弯曲荷载下极限抗弯强度在8.1~13.8 MPa范围内,平均极限弯曲位移为1.3384~5.4491 mm。碱矿渣ECC弯曲特性各指标随水胶比、砂胶比和碱掺量的变化波动,砂胶比为0.4、水胶比为0.40、碱掺量为10%的碱矿渣ECC具有最高的PSH toughness指标。(4)综合分析碱矿渣ECC的拉压性能、弯拉性能,得出优化后的最佳配合比参数为水胶比0.35、砂胶比0.6~0.8以及适宜的碱掺量。
【关键词】：碱矿渣 应变硬化 单轴拉伸特性 四点弯曲特性 高强
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB332;TQ172.44
【目录】：

• 中文摘要3-4
• 英文摘要4-8
• 1 绪论8-22
• 1.1 研究背景8-9
• 1.2 ECC的国内外研究现状9-17
• 1.2.1 ECC的基本性能特点9-13
• 1.2.2 ECC的设计与制备13-17
• 1.3 碱激发矿渣胶凝材料的国内外研究现状17-19
• 1.3.1 碱激发矿渣胶凝材料的发展历程17-18
• 1.3.2 碱激发矿渣胶凝材料性能的影响因素18-19
• 1.4 传统ECC面临的资源、环境问题与解决方法19-20
• 1.5 本课题的提出20-22
• 1.5.1 研究的主要内容20
• 1.5.2 研究的意义20-22
• 2 原材料及试验方法22-32
• 2.1 原材料22-24
• 2.2 试验方案24-32
• 2.2.1 配合比设计24-27
• 2.2.2 试件制备与养护27-28
• 2.2.3 试验主要仪器装置28-29
• 2.2.4 试验方法29-32
• 3 碱矿渣ECC抗折、抗压性能的影响因素32-40
• 3.1 纤维32-34
• 3.2 水胶比34-35
• 3.3 碱掺量35-37
• 3.4 砂胶比37-38
• 3.5 本章小结38-40
• 4 碱矿渣ECC的单轴拉伸特性40-52
• 4.1 基体材料的单轴拉伸特性40
• 4.2 碱矿渣ECC单轴拉伸应力-应变曲线及其影响因素40-48
• 4.2.1 砂胶比41-43
• 4.2.2 水胶比43-46
• 4.2.3 碱掺量46-48
• 4.3 纤维的耐碱性48-50
• 4.4 本章小结50-52
• 5 碱矿渣ECC的弯曲特性52-62
• 5.1 PVA纤维的增韧作用52-53
• 5.2 碱矿渣ECC弯曲特性的影响因素分析53-59
• 5.2.1 砂胶比的影响54-56
• 5.2.2 水胶比的影响56-57
• 5.2.3 碱掺量的影响57-59
• 5.3 碱矿渣ECC的弯曲开裂模式59-60
• 5.4 本章小结60-62
• 6 碱矿渣ECC的力学性能综合评价62-68
• 6.1 碱矿渣ECC的拉、压性能62-64
• 6.2 碱矿渣ECC弯曲特性与拉伸特性的综合评价64-66
• 6.3 本章小结66-68
• 7 结论与展望68-70
• 7.1 结论68-69
• 7.2 展望69-70
• 致谢70-72
• 参考文献72-78

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本文编号：280876