超高韌性水泥基材料的制備與性能研究.pdf

1、隨著混凝土工程結(jié)構(gòu)向著大跨度、高層與超高層方向的發(fā)展，對混凝土的性能也提出了更高的要求，而高強(qiáng)度已經(jīng)成為混凝土的發(fā)展方向。由于強(qiáng)度較普通混凝土更高，高強(qiáng)混凝土結(jié)構(gòu)能夠有效減少結(jié)構(gòu)截面，并降低結(jié)構(gòu)自重，由于低水膠比與高摻量摻合料帶來的火山灰反應(yīng)，高強(qiáng)混凝土微觀結(jié)構(gòu)較普通混凝土更為密實(shí)，從而具有更加優(yōu)異的耐久性能。然而，混凝土強(qiáng)度增高的同時(shí)也會導(dǎo)致韌性的降低，高強(qiáng)混凝土與一般混凝土相比脆性增大，使得高強(qiáng)混凝土在實(shí)際工程中不能被充分利用。例如

2、，在橋梁結(jié)構(gòu)中，許多工程實(shí)例均表明單一的提高混凝土的強(qiáng)度并不能滿足橋梁抗裂與耐久性要求。高強(qiáng)與高韌化是土木建筑及交通領(lǐng)域?qū)λ嗷牧闲阅芤蟮陌l(fā)展趨勢。本研究借鑒活性粉末混凝土（RPC）與滲澆鋼纖維混凝土（SIFCON）制備原理，利用高摻量的鋼纖維與碳酸鈣晶須對高強(qiáng)度水泥基材料進(jìn)行雙尺度增韌，制備同時(shí)具有超高強(qiáng)度與超高韌性的水泥基材料，并對其物理力學(xué)性能進(jìn)行研究，主要得到以下結(jié)論：
　?、俑邠搅夸摾w維 RPC試件基本力學(xué)性能隨鋼纖

3、維摻量的增加而增加，但鋼纖維摻量超過5%后，由于鋼纖維團(tuán)聚無法均勻分散，不僅不能進(jìn)一步提高 RPC的力學(xué)性能，甚至還會導(dǎo)致其性能下降。而采用滲澆鋼纖維制備超高韌性水泥基材料時(shí)，鋼纖維摻量能夠達(dá)到12.2%。滲澆鋼纖維水泥基試件28d抗折強(qiáng)度最高可達(dá)53.1MPa，并且在進(jìn)行試件抗壓強(qiáng)度測試時(shí)，會產(chǎn)生類似金屬材料所具有的“塑性”而無法壓出強(qiáng)度的現(xiàn)象。
　　②滲澆鋼纖維水泥基材料受壓應(yīng)力應(yīng)變曲線在經(jīng)過裂縫穩(wěn)定擴(kuò)展階段后未出現(xiàn)峰值點(diǎn)，而

4、是近似呈直線繼續(xù)增長，在此階段，纖維之間彼此交聯(lián)具有較強(qiáng)的機(jī)械咬合力，并與基體有較強(qiáng)的滑移阻力，使得試件承載力繼續(xù)升高，試件最終的極限應(yīng)變超高0.08，具有超高的延性。
　?、鄹邠搅夸摾w維RPC在經(jīng)過抗壓強(qiáng)度測試之后，試件并不會完全破壞并且仍具有一定的承載能力和較好的外觀質(zhì)量，試件抗壓破壞后的外觀質(zhì)量隨鋼纖維摻量的提高而提高，通過二次抗壓強(qiáng)度測試可以發(fā)現(xiàn)，各種纖維摻量的高摻量鋼纖維RPC的兩次抗壓強(qiáng)度的強(qiáng)度比基本能達(dá)到0.80以上

5、，具有較好的二次承載能力。
　?、芨邠搅夸摾w維RPC的彎曲韌性隨鋼纖維摻量的增大而提高，鋼纖維摻量達(dá)到4%后，高摻量鋼纖維RPC的彎曲荷載位移曲線開始出現(xiàn)假應(yīng)變硬化現(xiàn)象。滲澆鋼纖維水泥基材料相比基準(zhǔn)組彎曲韌性大幅提升，并有明顯的假應(yīng)變硬化現(xiàn)象，峰值位移超過5.5mm。增大水膠比會降低滲澆鋼纖維水泥基材料的抗彎強(qiáng)度，但會增加其彎曲變形能力，增加峰值位移。但高摻量鋼纖維RPC與滲澆鋼纖維水泥基材料單軸拉伸均未能出現(xiàn)假應(yīng)變硬化現(xiàn)象。

6、r>　?、莞邠搅夸摾w維RPC抵抗沖擊荷載的能力隨著鋼纖維摻量的提高而提高，5%鋼纖維摻量的試件沖擊吸收功達(dá)到6.42J。低水膠比有利于提高試件抵抗沖擊荷載的能力，0.16水膠比滲澆鋼纖維水泥基材料具有最高的沖擊吸收功7.02J。骨料的加入同樣能提高水泥基材料的抗沖擊能力。
　?、拊诒敬窝芯恐校妓徕}晶須的最優(yōu)摻量為1%，適量的碳酸鈣晶須與鋼纖維雙尺度增強(qiáng)增韌較單一的鋼纖維增韌效果更好，加入碳酸鈣晶須后，試件的基本力學(xué)性能、彎曲性能

7、、直接拉伸性能與抗沖擊性能均有一定程度的提高，但碳酸鈣晶須摻量過高后，由于難以均勻分散，會降低試件的力學(xué)性能。
　　本次研究利用滲澆鋼纖維技術(shù)同時(shí)采用碳酸鈣晶須增韌制備出的超高韌性水泥基材料單軸拉伸強(qiáng)度可達(dá)20MPa以上，極限拉伸應(yīng)變超過1.3%，同時(shí)具有優(yōu)異的彎曲性能、抗沖擊性能以及壓縮變形能力，在地下工程、抗震結(jié)構(gòu)、大變形結(jié)構(gòu)、抗沖擊結(jié)構(gòu)等工程結(jié)構(gòu)中具有廣闊的應(yīng)用前景，甚至有望替代某些金屬材料作為機(jī)械工程材料，擴(kuò)展水泥基材料的