纤维混凝土板抗弯性能的试验研究土木毕业论文(编辑修改稿)

纤维混凝土板抗弯性能的试验研究土木毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

，通常采用坍落度试验或维勃稠度试验测试混凝土的稠度。 坍落度试验的具体测试方法是将混凝土拌合物按规定方法装入标准圆锥筒（无底）内，装满后刮平，然后垂直向上将筒提起，此时混凝土拌合物由于自重将产生坍落现象，量出向下坍落尺寸（ mm）叫做该混凝土拌合物的坍落度，作为流动性指标，坍落度越大表示流动性越大。 图 坍落度试验 针对流动性较大的混凝土，常采用坍落流动度试验， 这一 方法主要测量混凝土在自重作用（无插捣）下自由流动扩展的最大范围以及扩展半径达到 500mm 时所用时间，不仅可以检验新拌混凝土的流动性，还可观察混凝土拌合物是否出现泌水及离析现象。 具体试验方法是 将坍落度筒置于坍落流动度台的中心位置，向筒中浇新拌混凝土，刮去多余的混凝土，并抹平混凝土表面。 静置时间不超过 30s，然后平稳、垂直地提起坍落度筒，记录混凝土流动到 500mm刻度圈时所需的时间 500T。 待混凝土流动稳定后，测量坍落流动度台上的混凝土的水平流动 最大直径 mD 及其垂直方向的直径 rD ，并取其平均值 2/)( rm DD  为坍落流动度值。 纤维混凝土板抗弯性能的试验研究 3 图 坍落流动度测定 工作性是混凝土拌合物最重要的性能，其影响因素很多，主要有单位用水量、砂率、集灰比、集料、水泥品种和细度以及外加剂、时间和温度等。 （ 1）单位用水量：混凝土拌合物中的水泥浆 ，赋予其一定的流动性，在水泥用量不变的情况下，用水量越大，水灰比 CW/ 越大，混凝土聚合物流动性越大，反之流动性越小。 流动性过小，会导致施工困难，不能保证混凝土的密实性；用水量过大会造成混凝土拌合物的粘聚性和保水性不良，导致流浆和离析现象，并影响混凝土的强度。 （ 2）砂率：砂率是指混凝土中砂的重量占砂石总重量的百分率。 水泥砂浆在混凝土拌合物中起到润滑的作用。 砂率过大时，集料的总表面积及空隙率都会增大，在水泥浆含量不变的情况下，相对地水泥浆显得 少了，减弱了水泥浆的润滑作用，使拌合物的流动性减小；砂率过小时，不能保证粗集料之间有足够的砂浆层，进而降低拌合物的流动性，且影响其粘聚性和保水性，易产生离析和流浆现象。 （ 3）集料与集灰比：集料颗粒形状和表面粗糙度直接影响混凝土拌合物的流动性，形状圆整、表面光滑，流动性就大，反之由于使拌合物内摩擦力增加，使其流动性降低；级配良好的集料空隙率小，在水泥浆相同时，使包裹在集料表面的润滑层增加，改善其工作性；当给定水灰比 CW/ 和集料时，集灰比（集 料与水泥用量的比值）的减少意味着水泥量的相对增加，从而改善拌合物的工作性。 （ 4）水泥品种和细度：水泥品种对混凝土拌合物工作性的影响，主要体现在不同品种水泥的需水量不同。 但由于水泥用量在混凝土体积中所占体积相对较小，因此对拌纤维混凝土板抗弯性能的试验研究 4 合物工作性的影响并不显著。 常用普通硅酸盐水泥配置的混凝土拌合物，其流动性和保水性较好。 水泥颗粒越细，用水量越大。 在用水量相同时，拌合物流动性减小 ,而粘聚性和保水性相应改善。 （ 5）外加剂与掺合料 外加剂能够使混凝土拌合物在不增加水泥用量的情况下获得良好的工作性，增大流动性、改善 粘聚性、降低泌水性，进而提高混凝土的耐久性。 掺入粉煤灰能够改善混凝土拌合物的流动性。 （ 6）时间与温度 混凝土拌合物搅拌后，随着时间增长而逐渐变得干稠，流动性减小，出现坍落度损失现象。 因为水泥水化消耗一部分水，另一部分水被集料吸收，还有部分水被蒸发。 而温度的升高会加速水泥水化，降低混凝土拌合物的流动性。 耐久性 混凝土的耐久性，是指混凝土在设计使用年限中，在自然和人为环境的化学物理作用下，不出现无法接受的强度减小，使用功能降低和不能接受的外观破损的能力。 影响混凝土耐久性的主要因素有如下几点： （ 1）冻融破坏：混凝土水化结硬后，内部有很多毛细孔，在浇筑混凝土时，为得到必要的活易性，往往加入的水比水泥水化所需的水多一些，多余的水分滞留在混凝土毛细孔中。 低温时水分因结冰产生体积膨胀，引起混凝土内部结构破坏，反复冻融多次，就会使混凝土内部的损伤累积达到一定程度而引起结构破坏。 防止混凝土冻融破坏的主要措施是降低水灰比 CW/ ，减少混凝土中的多余水分，在冬季施工时，应加强防护，防止早期受冻，并掺入防冻剂等。 （ 2）混凝土的碳化： 水泥水化产生大量碱性的 2)(OHCa ，在钢筋表面形成能够有效地保护钢筋的氧化膜 32OFe ，而空气中的 2CO 气体渗透到混凝体基体内，与其碱性物质发生化学反应，使混凝土的 pH 值降低，混凝土失去对钢筋的保护作用，进而造成混凝土的锈蚀的过程，成为混凝土的碳化。 OHC a C OCOOHCa 2322)(  （ 3）侵蚀性介质的腐蚀：在石化、化学、轻工、冶金及港湾工程中，化学介质对混凝土的侵蚀很普遍，常见的侵蚀性介质腐蚀有 : ①硫酸盐腐蚀：硫酸盐溶液与水泥石中的氢氧化钙及水化铝酸盐发生化学反应，生成石膏和硫铝酸盐，产生体积膨胀，造成混凝土破坏；②酸腐蚀：混凝土是一种碱性材料，遇到酸性物质会产生化学反应；③海水腐蚀：海水中的 4242 , SOKM g S OM g C lN a C l 等成分，尤其是 Cl 和硫酸镁对混凝土有纤维混凝土板抗弯性能的试验研究 5 极强的腐蚀作用。 在海岸飞溅区，受到干湿的物理作用，利于 Cl 和 24SO 的渗入，极易造成对钢筋的锈蚀。 （ 4）碱集料反应：混凝土集料中的碱性氧化物 ),( 22 OKONa 与集料 中的二氧化硅成分产生化学反应时，反应产生的碱 硅酸盐凝胶，吸水后产生膨胀，体积可增大 34 倍，导致混凝土开裂、剥落、强度降低，甚至导致破坏的现象称为碱集料反应（ AAR)。 控制碱集料反应的关键在于控制水泥及外加剂或掺合料中碱的含量和可溶型集料。 （ 5）钢筋锈蚀：钢筋锈蚀是影响钢筋混凝土结构耐久性的最关键因素。 混凝土中的钢筋锈蚀为电化学反应，由于钢筋中的元素分布不均匀，混凝土碱度有差异，以及裂缝处氧气浓度增加等原因，导致钢筋各部位存在电势差，形成局部的阳极和阴极。 图 钢筋锈蚀的电化学过程 当 混凝土未被碳化时，其中的碱性物质在钢筋表面形成了一层致密的氧化膜，阻止了钢筋锈蚀的电化学过程。 然而，当混凝土被碳化后，钢筋表面的氧化膜被破坏，在有水分和氧气的条件下，发生钢筋锈蚀的电化学反应，钢筋锈蚀产生的铁锈，体积比铁增加 26 倍，使保护层被挤裂，空气和水分更易进入，促进锈蚀加速发展。 纤维混凝土板抗弯性能的试验研究 6 图 钢筋锈蚀示意图 氧气和水分是钢筋锈蚀的必要条件，混凝土的碳化仅仅为钢筋锈蚀提供了可能当构件使用环境干燥或完全处于水中时，钢筋的锈蚀极为缓慢，几乎不发生锈蚀。 而裂缝的发生为氧气和水分的进入创造了条件，使裂 缝处钢筋局部脱钝，使锈蚀过程得以开始，但它对锈蚀速度不起控制作用。 防止钢筋锈蚀最重要的措施是增加混凝土的密实性和保护层的厚度。 综上所述，提高混凝土耐久性主要从以下三个方面： （ 1）选择适当的原材料； （ 2）提高混凝土的密实度：关键在于严格控制水灰比 CW/ 和保证足够的水泥用量，选择适当的集料级配和砂率，使集料最密实堆积，以及采用适当的施工工艺，如搅拌均匀、合理浇注、振捣密实、养护等，在配料中加入减水剂等均可提高混凝土密实度； （ 3）改善混凝 土内部孔结构。 纤维混凝土板抗弯性能的试验研究 7 混凝土的发展 混凝土具有抗压强度高、原材料容易获得、耗能低、成本相对低廉、易成型、施工相对简便、经久耐用等优点，但混凝土材料本身存在抗拉强度低、韧性差等固有弱点依然限制其优势的发挥。 为克服混凝土的弱点，人们一直致力于混凝土的改性研究。 自混凝土问世至今，已经经历了多次飞跃性的发展 [1]： 钢筋混凝土（ Steel Reinforced Concrete） 相较混凝土而言，钢筋的抗拉强度非常高，一般在 200MPa 以上。 由于 钢筋与混凝土有着近似相同的线膨胀 系数，钢筋与混凝土之间有良好的粘结力， 而且 混凝土中的氢氧化钙提供的碱性环境，在钢筋表面形成了一层钝化保护膜，使钢筋相对于中性与酸性环境下更不易腐蚀 ，所以钢筋与混凝土可以共同工作。 钢筋的高抗拉强度弥补混凝土抗拉强度低的弱点，混凝土则对钢筋起到保护的作用，同时发挥两种材料各自的优势，极大地扩展了混凝土的工程使用范围； 预应力混凝土（ Prestressed Concrete） 为了扩大钢筋混凝土和高强混凝土的应用范围，必须解决混凝土过早开裂的问题。 由于混凝土抗压强度很高，受拉区开裂后，其受压区混凝 土的抗压强度并没有得到充分利用。 如果在构件使用前，通过预加外力，使受拉区预先产生压应力，以抵消或减少外荷产生的拉应力，这样就可以利用混凝土构件的抗压强度来弥补混凝土抗拉强度不足的缺陷，以达到防止受拉区混凝土过早开裂的问题，从而提高截面抗弯刚度和减小裂缝宽度，甚至可以做到在使用荷载下不出现裂缝，预应力混凝土便应运而生。 预应力混凝土进一步强化了钢筋与混凝土两种材料的利用效率，使钢筋混凝土结构向轻质、高强、高抗裂方向发展，促进了桥梁等大跨度结构的发展，以及高强钢材和高强混凝土的应用。 高强混凝土（ High Strength Concrete） 根据《高强混凝土结构技术规程》 (CECS104:99),将强度等级大于等于 C50 的混凝土称为高强混凝土。 然而高强混凝土对提高构件的抗裂性、抗弯性能和减小裂缝宽度的作用很小，但随着强度的不断提高 ,高强混凝土脆性增加 ,延性越来越差，其抗拉强度与抗压强度之比仅为 6%。 当混凝土强度超过 100MPa 后，材质将变得非常脆，在轴压作用下几乎不存在应变软化性能，呈突然性爆裂破坏，严重限制了高强混凝土的应用。 高强混凝土脆性的增大源于其微观结构的改变，众所周知，在水泥浆体中存在两 类独立的孔隙：一种为无长度但有体积的开放孔；另一类为无体积但有长度的封闭孔。 前纤维混凝土板抗弯性能的试验研究 8 者影响混凝土的抗压强度和弹性模量，而后者决定混凝土的断裂应力，如抗拉强度和抗弯强度。 高强混凝土采用较小的水胶比并使用了高效减水剂，大幅度减少了开放孔，提高了弹性模量和抗压强度，但却对类似裂纹的封闭孔影响甚微，即对抗拉强度的贡献有限，因而导致拉压比的下降。 高性能混凝土（ High Performance Concrete） 高性能混凝土是当今混凝土结构发展的主要方向，目前对高性能混凝土的定义，各国专家意见不一。 美国 混凝土学会 (ACI)认为满足下列特殊性能和稳定性要求的混凝土为高性能混凝土：主要包括易于浇筑、振捣不离析、早强、抗渗性、密实性、水化温升、韧性、体积稳定性及恶劣环境下的较长寿命。 欧洲学者认为高性能混凝土 HPC 是一种具有高弹性模量、高密度、抗侵蚀、低渗透的混凝土。 美欧学者重视的是混凝土硬化后的性能，特别是耐久性。 日本学者更重视新拌混凝土的流动性和自密实性，他们认为高性能混凝土是一种高填充能力的混凝土，新拌阶段无需振捣便能完成浇筑，水化、硬化早期阶段水化热低、干缩小，具有足够的强度和耐久性 [2]。 我国 混凝土专家吴中伟院士对高性能混凝土定义如下 [3]：高性能混凝土是在大幅度提高普通混凝土性能的基础上采用现代混凝土技术制作，以耐久性作为设计的主要指针，针对不同用途要求，对下列性能有重点地予以保证：耐久性、施工性、适用性、强度、体积稳定性和经济性。 可见目前各国对高性能混凝土的定义都集中在高工作性、高耐久性和高强度三个方面，只是各有侧重。 目前研究较多且较成熟的是具有高工作性和较高强度的自密实高性能混凝土。 纤维混凝土（ Fiber Reinforced Concrete） 纤维混凝土是纤维增强混 凝土的简称，随着美国学者 Romuldi 从理论上阐述了钢纤维的增强作用和增强机理，极大地促进了纤维混凝土的研究和实际应用，人们逐渐意识到采用纤维增强混凝土可以大大提高混凝土的抗拉强度、变形能力。 普通混凝土抗拉强度低，且随着强度的增大，脆性也明显增大，在受荷时往往呈现出无明显征兆的脆性破坏，将纤维掺入到混凝土中能够明显提高混凝土的抗拉强度，通过阻碍混凝土内部微裂缝的产生和发展增强混凝土的韧性 [4]。 纤维混凝土板抗弯性能的试验研究 9 自密实混凝土 （ Selfpacting concrete） 自密实混凝土作为高性能混凝土 的一种，是通过对外加剂、凝胶材料、粗细骨料的选择和配合比的设计，使混凝土拌合物具有良好的工作性，不离析、不泌水，在不用或基本不用振捣的情况下，依靠自重穿过钢筋填充模板，实现自流平和密实结构的一种高性能混凝土。 硬化后的自密实混凝土具有与传统振捣混凝土一样的密实、均质的特性，不但能减轻工人的劳动强度，消除施工噪音减少扰民，保护环境，而且可以解决施工过程中因为漏振、过振和钢筋密集造成的空洞、蜂窝、麻面等质量现象，并且为改善和解决过密配筋、复杂形体、大体积、快速施工、水下施工以及具有特殊要求、振捣困难的工程施工条件 带来了极大的方便。 自密实混凝土工作性主要体现在以下三个方面：流动性能、抗离析能力和钢筋间隙的通过能力。