塑—钢纤维高性能混凝土高温后断裂性能试验研究

发布时间：2020-11-04 07:25

　　 随着社会经济的快速发展,高性能混凝土(High Performance Concrete,简称HPC)以其工作性好、抗变形能力强、耐久性好等优点在当今建筑结构中得到了广泛的应用。但高性能混凝土也存在韧性差和高温易爆裂等缺点,在高性能混凝土中掺入适量的聚丙烯纤维对抑制爆裂、改善混凝土的抗火性能有显著效果,而在混凝土中掺入钢纤维可以提高混凝土的韧性,两种纤维共同掺入混凝土中能够优势互补,提高混凝土抗火性能。本文依托国家自然基金(51278325),以C60高性能混凝土为研究对象,分别掺入聚丙烯纤维和塑-钢混杂纤维,主要对高温作用前后的断裂性能进行试验研究。主要内容如下。1.高温对混凝土基本力学性能的影响对聚丙烯纤维混凝土(体积掺量0、0.1%、0.2%)和塑-钢纤维混凝土(钢纤维体积掺量1%时,混掺聚丙烯纤维体积掺量分别为0、0.1%、0.2%)高温前后抗压强度、劈拉强度的试验。结果表明:各种混凝土均随受热温度的升高呈现不同程度衰减趋势;300℃以前素混凝土的抗压强度始终小于聚丙烯纤维混凝土的抗压强度,300℃以后则相反;在相同温度条件下,强度的大小关系:塑-钢纤维混凝土和钢纤维混凝土相差不多,皆大于素混凝土。2.高温对混凝土抗折性能与变形的影响通过试件尺寸为100mm×100mm×400mm的聚丙烯纤维混凝土和塑-钢纤维混凝土三点弯曲梁断裂试验,研究了高温对聚丙烯纤维及塑-钢纤维混凝土断裂参数的影响规律。结果表明:(1)聚丙烯纤维混凝土和塑-钢纤维混凝土的抗折性能随着温度的升高总体呈下降趋势,聚丙烯纤维对起裂荷载和最大荷载影响较小。对于起裂荷载,200℃之前,塑-钢纤维混凝土大于钢纤维混凝土;200℃~700℃,钢纤维混凝土大于塑-钢纤维混凝土。对于最大荷载,常温到700℃,相同温度等级下,钢纤维混凝土和塑-钢纤维混凝土的最大荷载相差不大。(2)随着温度的升高,300℃之前,聚丙烯纤维对混凝土的裂缝口张开位移临界值影响很小;300℃之后,会降低混凝土的裂缝口张开位移临界值。常温到600℃,随着温度的升高,塑-钢纤维混凝土、钢纤维混凝土、素混凝土的裂缝口张开位移临界值逐渐变大,700℃会有轻微下降。(3)由素混凝土、聚丙烯纤维混凝土、钢纤维混凝土、塑-钢纤维混凝土的荷载-开口位移曲线和荷载-跨中位移曲线可知,常温下只有素混凝土和聚丙烯纤维混凝土呈现脆性断裂;随着温度的升高,各种配比混凝土曲线上升段和下降段逐渐变缓,脆性降低,韧性提高。3.高温对混凝土断裂性能的影响(1)起裂韧度:相比素混凝土,在混凝土中加入聚丙烯纤维(0.1%、0.2%)可以提高素混凝土高温前后的起裂韧度;200℃到700℃,起裂韧度:钢纤维混凝土塑-钢纤维混凝土聚丙烯纤维混凝土素混凝土。(2)失稳韧度:在混凝土中加入聚丙烯纤维会降低失稳韧度值;在200℃~600℃,失稳韧度值大小关系:钢纤维混凝土塑-钢纤维混凝土素混凝土,此温度段塑-钢纤维对混凝土的抗裂作用没有单掺体积1%的钢纤维对混凝土的抗裂作用好。(3)断裂能:随着温度的升高,素混凝土、聚丙烯纤维混凝土、钢纤维混凝土、塑-钢纤维混凝土的断裂能值有相似的变化阶段:先上升后下降。常温到300℃时,聚丙烯纤维掺量对混凝土断裂能的影响很小,400℃到700℃的高温作用后,聚丙烯纤维体积掺量0.1%、0.2%的混凝土大于素混凝土的断裂能;400℃~600℃时,钢纤维混凝土的断裂能大于塑-钢纤纤维混凝土的断裂能。(4)特征长度:随着温度的升高,聚丙烯纤维混凝土和素混凝土的特征长度变化趋势:先上升,后下降,再上升。掺入聚丙烯纤维可以降低混凝土高温前后的特征长度,提高混凝土的韧性。400℃到700℃,随着温度的升高,在钢纤维体积掺量为1%时,钢-聚丙烯纤维混凝土混合的韧性优于单掺钢纤维混凝土的。
【学位单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TU528
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 高性能混凝土特点及高温损伤
    1.3 混凝土高温后的断裂性能
        1.3.1 混凝土高温后的断裂性能研究
        1.3.2 聚丙烯纤维混凝土高温后断裂性能研究
        1.3.3 掺混杂纤维混凝土高温后断裂性能研究
    1.4 本文的主要研究内容及技术路线图
第二章 试验方案
    2.0 试验材料
    2.1 试验仪器设备
    2.2 试件设计
    2.3 混凝土成型与养护
    2.4 试验方法
        2.4.1 混凝土抗压强度试验方法
        2.4.2 混凝土劈裂抗拉强度试验方法
        2.4.3 混凝土断裂试验方法
    2.5 本章小结
第三章 塑-钢纤维高性能混凝土高温后基本力学性能测试
    3.1 高性能混凝土抗压强度试验结果与分析
        3.1.1 聚丙烯纤维混凝土高温后抗压强度试验结果与分析
        3.1.2 塑-钢纤维混凝土高温后抗压强度试验结果与分析
    3.2 高性能混凝土劈裂抗拉强度试验结果与分析
        3.2.1 聚丙烯纤维混凝土高温后劈拉强度试验结果与分析
        3.2.2 塑-钢纤维混凝土高温后劈拉强度试验结果与分析
    3.3 本章小结
第四章 塑-钢纤维高性能混凝土高温后的断裂性能试验研究
    4.1 引言
    4.2 试验概述
        4.2.1 试验判断准则
        4.2.2 试验方法
        4.2.3 三点弯曲梁试件制作
        4.2.4 试验步骤
    4.3 断裂试验结果与分析
        4.3.1 断裂韧度的计算
        4.3.2 塑-钢纤维混凝土荷载-开口位移曲线分析
        4.3.3 温度对聚丙烯纤维高性能混凝土断裂参数的影响
        4.3.4 温度对塑-钢纤维高性能混凝土断裂参数的影响
    4.4 塑-钢纤维混凝土高温后的断裂能和特征长度试验研究
        4.4.1 断裂能的研究意义
        4.4.2 断裂能的计算
        4.4.3 塑-钢纤维混凝土高温前后荷载-跨中位移曲线分析
    4.5 断裂能的结果与分析
        4.5.1 温度对聚丙烯纤维混凝土断裂能的影响
        4.5.2 温度对塑-钢纤维混凝土断裂能的影响
    4.6 混凝土的特征长度
        4.6.1 温度对聚丙烯纤维混凝土特征长度的影响
        4.6.2 温度对塑-钢纤维混凝土特征长度的影响
    4.7 本章小结
第五章 结论与展望
    5.1 基本结论
    5.2 展望
参考文献
致谢
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本文编号：2869811