纖維納米混凝土及其高溫中和高溫后性能研究

（1）通過(guò)294個(gè)邊長(zhǎng)150mm纖維納米混凝土立方體試塊在不同齡期的抗壓和劈拉試驗(yàn)、147個(gè)100mm×100mm×400mm梁式試件的彎曲和工作性能試驗(yàn)以及SEM微觀分析，分別建立了考慮納米材料和纖維影響的纖維納米混凝土抗壓、劈拉和抗折強(qiáng)度計(jì)算方法。（2）通過(guò)觀察150個(gè)邊長(zhǎng)150mm纖維納米混凝土立方體試塊高溫前后宏觀形貌和高溫前后的質(zhì)量損失，建立了高溫后纖維納米混凝土質(zhì)量損失率與溫度的關(guān)系式。（3）通過(guò)450個(gè)邊長(zhǎng)150mm纖維納米混凝土立方體試塊高溫后的抗壓和劈拉試驗(yàn)、300個(gè)100mm×100mm×400mm纖維納米混凝土梁式試塊高溫后的彎曲試驗(yàn)，分別建立了纖維納米混凝土抗壓、劈拉和抗折殘余強(qiáng)度相對(duì)值與溫度的關(guān)系式。（4）通過(guò)150個(gè)邊長(zhǎng)150mm纖維納米混凝土立方體試塊高溫前后超聲、回彈和抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，建立了高溫后纖維納米混凝土超聲回彈綜合測(cè)強(qiáng)曲線及推定經(jīng)歷最高溫度的公式。（5）通過(guò)306個(gè)150mm×150mm×300mm纖維納米混凝土棱柱體試塊在25-800℃后的單軸受壓試驗(yàn)，建立了考慮溫度、納米材料摻量和鋼纖維含量特征參數(shù)影響的纖維納米混凝土軸壓應(yīng)力-應(yīng)變曲線數(shù)學(xué)模型。（6）通過(guò)150個(gè)100mm×100mm×200mm纖維納米混凝土棱柱體試塊高溫前后氯鹽溶液浸泡干濕循環(huán)試驗(yàn)，建立了考慮溫度、納米材料摻量和鋼纖維含量特征參數(shù)影響的纖維納米混凝土氯離子含量計(jì)算公式。（7）通過(guò)852個(gè)高溫中纖維納米混凝土試塊的抗壓、劈拉、彎曲和軸壓本構(gòu)關(guān)系試驗(yàn)和掃描電鏡SEM微觀觀察，研究溫度、鋼纖維體積率、混凝土強(qiáng)度等級(jí)、納米SiO2（簡(jiǎn)稱NS）摻量和納米CaCO3（簡(jiǎn)稱NC）摻量等對(duì)纖維納米混凝土高溫中力學(xué)性能和微觀機(jī)理的影響，建立相應(yīng)的理論計(jì)算模型。 2100433B

采用微細(xì)觀復(fù)合的方法，將鋼纖維、聚丙烯纖維和納米同時(shí)摻入混凝土中形成纖維納米混凝土，研究纖維納米混凝土的工作性能、常溫下力學(xué)性能、高溫中和高溫后力學(xué)與耐久性能，并利用微觀測(cè)試方法對(duì)摻加納米和纖維的混凝土材料進(jìn)行微觀物相分析，從微觀層次上探討高溫后纖維納米混凝土的增強(qiáng)機(jī)理。將試驗(yàn)研究與理論分析相結(jié)合，重點(diǎn)分析溫度、納米摻量、纖維體積率對(duì)高溫中和高溫后混凝土力學(xué)與耐久性能的影響，提出滿足纖維納米混凝土配合比設(shè)計(jì)要求的水膠比、砂率、水泥用量、纖維體積率、納米礦粉摻量的取值范圍和纖維納米混凝土配合比設(shè)計(jì)方法，建立高溫中和高溫后纖維納米混凝土本構(gòu)關(guān)系模型和強(qiáng)度計(jì)算方法。本項(xiàng)目對(duì)豐富和發(fā)展纖維混凝土基本理論，推動(dòng)纖維混凝土的工程應(yīng)用具有重要的理論意義和實(shí)用價(jià)值。

混凝土的徐變特性與混凝土結(jié)構(gòu)的力學(xué)形成、結(jié)構(gòu)施工期開(kāi)裂、預(yù)應(yīng)力損失，乃至耐久性性能等的演化密切相關(guān)。低區(qū)高溫，指結(jié)構(gòu)混凝土處于的80~240℃的環(huán)境，這是一個(gè)高于常溫，又與混凝土高溫爆裂溫度相比的相對(duì)較低的高溫環(huán)境，簡(jiǎn)稱為低區(qū)高溫環(huán)境。一些特殊混凝土結(jié)構(gòu)，如核容器結(jié)構(gòu)、地?zé)豳Y源附近的地下結(jié)構(gòu)在此環(huán)境下長(zhǎng)期服役。本研究進(jìn)行了低區(qū)高溫條件下的結(jié)構(gòu)混凝土徐變性能的試驗(yàn)研究、熱-力損傷徐變模型理論研究，以及徐變預(yù)測(cè)模型應(yīng)用，并且將研究對(duì)象從混凝土擴(kuò)展到了在低區(qū)高溫環(huán)境下有較少?gòu)?qiáng)度損失與較好熱工性能的輕骨料混凝土，為其在低區(qū)高溫環(huán)境下的應(yīng)用打下基礎(chǔ)。獲得了常溫、140℃、180℃，以及20%、40%兩種應(yīng)力水平條件下，普通混凝土、輕骨料混凝土的恒溫加載、恒載升溫、恒溫恒載三種溫度應(yīng)力路徑的徐變數(shù)據(jù)；獲得了低區(qū)高溫環(huán)境下的熱-力損傷參數(shù)，并將徐變行為納入早齡期混凝土本構(gòu)關(guān)系，通過(guò)編制子程序在數(shù)值計(jì)算得以實(shí)現(xiàn)，以用于重要混凝土結(jié)構(gòu)的性能預(yù)測(cè)。本項(xiàng)目應(yīng)用前景有兩個(gè)方面：一個(gè)是在核容器、地下結(jié)構(gòu)等可能處于低區(qū)高溫環(huán)境下的結(jié)構(gòu)混凝土進(jìn)行徐變預(yù)測(cè)；另一方面是在混凝土熱-力損傷方面，在混凝土多場(chǎng)耦合領(lǐng)域，本研究建立的低區(qū)高溫?zé)?力損傷模型可作為溫度場(chǎng)-應(yīng)力場(chǎng)-徐變場(chǎng)-損傷場(chǎng)的多場(chǎng)耦合分析的低區(qū)高溫徐變條件的組成部分。

耐高溫纖維通常是指溫度在250-～300。C范圍內(nèi)可長(zhǎng)期使用的纖維，它應(yīng)具備以下幾個(gè)條件：

(1)常溫時(shí)所具有的力學(xué)特性在高溫時(shí)保持率較高。

(2)在高溫下具有一定的耐熱壽命。

(3)應(yīng)具備纖維制品所必須持有的一般性能，如柔軟性，彈性和加工性能等。

耐高溫纖維又分無(wú)機(jī)耐高溫纖維及有機(jī)耐高溫纖維兩大類。有機(jī)耐高溫纖維相對(duì)于無(wú)機(jī)耐高溫纖維而言，比豆??；強(qiáng)度和延伸度較大，因而斷裂能也大，柔軟性好，伸長(zhǎng)時(shí)回彈率較高等特點(diǎn)。

在較長(zhǎng)時(shí)間經(jīng)受高溫(例如200℃以上)尚能基本保持其原有的物理機(jī)械性能的化學(xué)纖維，高溫下不軟化、仍能維持一般力學(xué)性質(zhì)的特種纖維，又稱耐熱纖維。這類纖維具有以下的基本特點(diǎn)：①熔點(diǎn)和軟化點(diǎn)高；②纖維在高溫下尺寸穩(wěn)定；③大分子結(jié)構(gòu)不易降解（長(zhǎng)期使用溫度在200℃以上）;④具有良好的耐水解和耐化學(xué)藥劑等性能。耐高溫纖維的制備工藝大多采用溶液縮聚和溶液紡絲法，少數(shù)用熔融縮聚或界面縮聚。