混凝土帆布配合比優(yōu)化、FRP增強(qiáng)及抗侵徹性能研究.pdf

1、近十年，混凝土帆布因?yàn)槠洫?dú)特的成型方法及性能，已在土木工程及軍事領(lǐng)域的應(yīng)用中展現(xiàn)出獨(dú)具吸引力的應(yīng)用前景?；炷练荚谑褂们跋癫家粯尤彳洠梢栽谑褂眠^程中任意覆蓋在任意結(jié)構(gòu)或物體的表面，無需模具和攪拌過程。固定好形狀后只需在其表面灑水或?qū)⑵浣菰谒屑纯墒蛊淇焖儆不纬梢粋€(gè)耐久、抗?jié)B、耐火的混凝土薄層。因其快速方便的施工特點(diǎn)以及快凝早強(qiáng)的基體特性，大大節(jié)約了人工、設(shè)備及時(shí)間成本。目前主要應(yīng)用為帳篷、護(hù)坡、快速鋪路、水下管道保護(hù)和內(nèi)襯以及軍

2、事防護(hù)等。然而與傳統(tǒng)攪拌、澆注、振搗密實(shí)成型的傳統(tǒng)素混凝土和纖維/織物增強(qiáng)混凝土相比，將水泥基粉體震動填充至三維間隔織物成型的方法使得混凝土帆布的初始表觀密度較低，表面灑水硬化后表觀密度也僅是傳統(tǒng)普通混凝土的70～80％。這導(dǎo)致混凝土帆布在硬化后擁有較高的孔隙率，而且三維間隔織物是一種疏松的編織材料，使得混凝土帆布的拉伸強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度較低。顯然低的抗拉強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度會很大程度上限制混凝土帆布的應(yīng)用。目前有學(xué)者從水泥基體改性和三維間隔織物

3、格局兩個(gè)方面的研究來提高混凝土帆布的力學(xué)性能，但除了對抗壓強(qiáng)度有部分提高，對混凝土帆布的拉伸性能無明顯改善。而混凝土帆布作為薄層大幅面應(yīng)用材料，除了抗壓強(qiáng)度，彎曲行為、剪切行為，不同使用環(huán)境下的長期體積穩(wěn)定性對混凝土帆布的應(yīng)用有很大影響，但目前還很少有研究涉及。此外混凝土帆布已應(yīng)用于軍事防護(hù)，但還沒有關(guān)于混凝土帆布抗侵徹性能的研究。因此，為了滿足混凝土帆布的應(yīng)用需求和提高現(xiàn)有混凝土帆布的性能，拓展其在工程領(lǐng)域的應(yīng)用。本論文將從基體配合比

4、優(yōu)化、FRP增強(qiáng)及抗侵徹性能方面進(jìn)行研究。
　　本文首先從水泥基體改性方面展開研究，所研究的水泥基體系為高鋁水泥+石膏體系探究了不同礦物組成的高鋁水泥和石膏摻量的改性效果。結(jié)果顯示，所用高鋁水泥(Ternal，F(xiàn)ondu，PP127)通過合適的石膏摻量均可獲得優(yōu)于現(xiàn)有CSA體系混凝土帆布的抗壓強(qiáng)度;高鋁水泥中的主要礦物組成對該三元體系的水化和抗壓強(qiáng)度發(fā)展有很大影響;當(dāng)Fondu高鋁水泥摻加少量氫氧化鈣時(shí)，基體會由于過量鈣礬石的生成

5、出現(xiàn)明顯的膨脹開裂翹曲或者強(qiáng)度的急劇下降;與以CA為主要礦物相的高鋁水泥相比，以C12A7為主要礦物相的高鋁水泥PP127加半水石膏體系的強(qiáng)度發(fā)展穩(wěn)定并顯示出良好的配方可設(shè)計(jì)性。為了進(jìn)一步考察優(yōu)選的以C12A7為主要礦物相高鋁水泥+半水石膏體系混凝土帆布樣品（自然養(yǎng)護(hù)胞水養(yǎng)護(hù)）的長齡期尺寸穩(wěn)定性，測試了樣品水化24h～180d的尺寸變化。結(jié)果顯示，CAC體系擁有比CSA體系更好的干燥收縮性能。自然養(yǎng)護(hù)樣品的干燥收縮應(yīng)變隨著石膏摻量的增加

6、而減小;而泡水養(yǎng)護(hù)樣品的膨脹變形（在石膏摻量低于20％時(shí)）隨石膏摻量增減而減小，（在石膏摻量超過30％時(shí)）隨石膏摻量增減而明顯升高。當(dāng)半水石膏摻量大于或等于40％時(shí)樣品就會由于鈣礬石的過量生成發(fā)生明顯的膨脹開裂。在一定石膏摻量范圍內(nèi)可以生成適量的鈣礬石生有利于提高樣品體積穩(wěn)定性。為了有效提高混凝土帆布的力學(xué)性能同時(shí)保留混凝土自身優(yōu)異性能，受土木工程領(lǐng)域中使用FRP外部粘貼的方法來增強(qiáng)混凝土構(gòu)件的啟發(fā)，探索了將FRP應(yīng)用于混凝土帆布增強(qiáng)的

7、可能性。首提出了一種設(shè)計(jì)方法來預(yù)測FRP增強(qiáng)混凝土帆布的彎曲強(qiáng)度。然后探究了FRP增強(qiáng)前后混凝土帆布的拉伸、彎曲、剪切性能，以及FRP與混凝土帆布之間的界面粘結(jié)性能。其中對界面粘結(jié)性能進(jìn)行了試驗(yàn)和理論模型進(jìn)行驗(yàn)證所獲數(shù)據(jù)用于設(shè)計(jì)方法的計(jì)算和增強(qiáng)機(jī)理的解釋。計(jì)算和試驗(yàn)結(jié)果顯示，在獲得上述數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上提出了一種適用于混凝土帆布的設(shè)計(jì)方法。計(jì)算和測試結(jié)果顯示，通過FRP外部粘貼增強(qiáng)，混凝土帆布的拉伸、彎曲、剪切性能獲得了大幅的提升。最后通過彈道