纖維自密實混凝土收縮徐變性能研究項目摘要

纖維在自密實混凝土中的應(yīng)用近年來引起了國內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注。目前，國際上暫無自密實混凝土尺寸穩(wěn)定性規(guī)范，收縮、徐變性能研究成為亟待解決的關(guān)鍵性問題。本項目結(jié)合自密實混凝土技術(shù)特點及不同纖維材料特性，采用材料微觀測試及物化分析方法，研究自密實混凝土與不同纖維作用下材料微觀變形過程、混凝土硬化變形規(guī)律，分析纖維與水泥石間界面結(jié)構(gòu)特征，確立纖維增韌抗裂機(jī)理。同時，對收縮、徐變性能進(jìn)行系統(tǒng)實驗研究，闡明纖維自密實混凝土組成、微觀結(jié)構(gòu)與尺寸變形之間的相互關(guān)系原理，揭示配合比參數(shù)對自收縮、干燥收縮以及受壓徐變的影響規(guī)律，建立收縮、徐變預(yù)測模型，制定混凝土體積變化抑制對策，提出有變形抑制作用的纖維自密實混凝土優(yōu)化設(shè)計方法，從混凝土微觀結(jié)構(gòu)變形機(jī)理出發(fā)進(jìn)而建立其與宏觀尺寸變形性能的邏輯關(guān)系。本項目具有廣泛的理論研究價值及巨大工程實用性，對于國際自密實混凝土硬化性能規(guī)范的修訂具有極其重要的學(xué)術(shù)價值。

不同種類纖維在自密實混凝土中的使用，除改善混凝土的力學(xué)性能外，更重要的是提高其抗裂能力，拓展其應(yīng)用范圍。項目主要圍繞纖維自密實混凝土收縮、徐變性能進(jìn)行研究，系統(tǒng)研究了多種不同性質(zhì)的纖維單獨或同時摻入混凝土中所產(chǎn)生的混雜、協(xié)同和超疊加效應(yīng)；研究了自密實混凝土與各種纖維混合作用情況下的材料微觀變形、混凝土硬化變形規(guī)律。主要研究成果包括： 1）在對碳纖維、纖維素纖維復(fù)合自密實混凝土的性能研究中發(fā)現(xiàn)：（1）工作性能測試：研究結(jié)果表明碳纖維對工作性能的影響大于纖維素纖維；單摻和混雜均降低自密實混凝土工作性能。（2）力學(xué)性能測試：研究結(jié)果表明單摻和混雜均能夠有效改善混凝土脆性破壞形態(tài)，提高劈裂張拉、抗壓、彈性模量。（3）摻入纖維素纖維和碳纖維能夠降低混凝土裂縫平均開裂面積和單位面積上總開裂面積，細(xì)化裂縫，有效控制裂縫產(chǎn)生較大的應(yīng)力集中現(xiàn)象。（4）摻入纖維素纖維和碳纖維能夠降低自密實混凝土收縮及徐變，尤其是早期塑性收縮。研究結(jié)果表明，12mm碳纖維對收縮徐變抑制最優(yōu)摻量為2.72kg/m3，而纖維素纖維最優(yōu)摻量是1.6kg/m3。（5）利用纖維間距理論和復(fù)合材料理論對纖維在混凝土中的作用進(jìn)行闡述，在保證纖維能夠在水泥基材料均勻分散，不同性能的材料共同發(fā)揮作用前提下，混凝土的耐久性能能夠提高；從纖維間距理論分析，當(dāng)纖維在水泥材料中處于三維亂向分布，纖維中心間距大于7.6mm時，纖維的增強(qiáng)、抗裂、增韌效果明顯。（6）掃描電鏡和X射線三維重構(gòu)實驗結(jié)果表明單摻或混雜均勻分散在混凝土中的纖維能夠改善混凝土微觀孔結(jié)構(gòu)、與水泥基粘結(jié)緊密。 2）在對聚丙烯纖維、聚乙烯醇纖維和玄武巖纖維復(fù)合自密實混凝土的性能研究中發(fā)現(xiàn)：（1）單一摻入0.9kg/m3聚丙烯纖維，0.9kg/m3聚乙烯醇纖維，4kg/m3玄武巖纖維會降低混凝土強(qiáng)度，但能提高混凝土的劈裂抗拉強(qiáng)度。（2）玄武巖纖維、聚丙烯纖維、聚乙烯醇纖維三者兩兩混雜加入混凝土中能明顯提高混凝土的劈裂抗拉強(qiáng)度，減小混凝土收縮徐變。 2100433B

自密實混凝土由于其優(yōu)良的工作性和受力性能在土木工程中具有廣闊的應(yīng)用前景，為確保工程質(zhì)量迫切需要對其徐變性能進(jìn)行深入研究。本項目針對自密實混凝土的原材料特征，以水膠比、粉煤灰單摻、粉煤灰與磨細(xì)礦渣復(fù)摻、砂率、骨料類型以及混凝土強(qiáng)度等作為主要影響因素，對自密實混凝土受壓徐變進(jìn)行深入系統(tǒng)試驗研究，揭示各因素對自密實混凝土基本徐變與干燥徐變的影響規(guī)律，提出了適合于自密實混凝土的受壓徐變預(yù)測計算模型，同時提出減小自密實混凝土徐變的優(yōu)化配合比設(shè)計方法。本項目還進(jìn)行自密實混凝土梁彎曲徐變試驗，研究自密實混凝土梁的荷載撓度時變曲線及其受各因素的影響規(guī)律，同時通過跨中梁底和梁頂?shù)膽?yīng)變分析揭示自密實混凝土拉、壓徐變度發(fā)展的對比關(guān)系，提出自密實混凝土受拉徐變度的計算方法。最后基于徐變試驗結(jié)果及機(jī)理分析，考慮自密實混凝土材料特征，在固化徐變理論基礎(chǔ)上推導(dǎo)可用于數(shù)值分析的自密實混凝土徐變的理論計算方法。 2100433B

自密實混凝土由于其優(yōu)良的工作性和受力性能在土木工程中具有廣闊的應(yīng)用前景，為確保工程質(zhì)量迫切需要對其徐變性能進(jìn)行深入研究。本項目針對自密實混凝土的原材料特征，以水膠比、粉煤灰單摻、粉煤灰與磨細(xì)礦渣復(fù)摻、砂率、骨料類型以及混凝土強(qiáng)度等作為主要影響因素，對自密實混凝土受壓徐變進(jìn)行深入系統(tǒng)試驗研究，揭示各因素對自密實混凝土基本徐變與干燥徐變的影響規(guī)律，提出適合于自密實混凝土的受壓徐變預(yù)測計算模型，同時提出減小自密實混凝土徐變的優(yōu)化配合比設(shè)計方法。本項目還進(jìn)行自密實混凝土梁彎曲徐變試驗，研究自密實混凝土梁的荷載撓度時變曲線及其受各因素的影響規(guī)律，同時通過跨中梁底和梁頂?shù)膽?yīng)變分析揭示自密實混凝土拉、壓徐變度發(fā)展的對比關(guān)系，提出自密實混凝土受拉徐變度的計算方法。最后基于徐變試驗結(jié)果及機(jī)理分析，考慮自密實混凝土材料特征，在固化徐變理論基礎(chǔ)上推導(dǎo)可用于數(shù)值分析的自密實混凝土徐變的理論計算方法。

綜合國內(nèi)外混凝土收縮徐變的研究報告,混凝土收縮徐變的主要影響因素有:

(1)相對空氣濕度。氣候越干燥,混凝土收縮和徐變的效應(yīng)越明顯。

(2)混凝土的齡期?；炷猎诤奢d開始時的齡期對徐變的影響非常之大,隨著加載齡期有限的增大,徐變變形將有顯著的降低。

(3)構(gòu)件厚度的影響、尺寸效應(yīng)。隨著構(gòu)件尺寸的增大,混凝土收縮徐變的效應(yīng)將有所降低"混凝土收縮和徐變均是構(gòu)件體積與表面積之比的函數(shù),并隨著比值的增大而降低。

(4)水灰比。一般而言,徐變隨水灰比的降低而減小。

(5)環(huán)境溫度。周圍空氣的環(huán)境溫度會影響混凝土的干燥,從而影響混凝土的收縮和徐變。

(6)混凝土集料和強(qiáng)度等級。集料的彈性模量越高,徐變率越低,徐變值越小。