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碳纤维混凝土施工冷缝试验研究

作　者: 石林平
导　师: 杜应吉
学　校: 西北农林科技大学
专　业: 水工结构工程
关键词: 碳纤维混凝土冷缝粗糙度拉压比时间间隔
分类号: TU528.572
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

随着材料科学与工程技术的不断发展,现代工程中对混凝土的强度、耐久性及工作性等方面都提出了更新更高的要求,作为在混凝土改性过程中产生的新型复合材料,纤维混凝土材料以其在混凝土的增强、增韧、阻裂等方面的独特优势引起了广大学者、和工程技术人员的高度关注。但目前的研究更多的体现在力学性能和耐久性能上,施工冷缝方面的研究较少,对冷缝的力学性能研究更少。本文针对碳纤维混凝土(CFRC)施工冷缝进行了多方面试验研究工作,取得了以下成果:(1)通过不同碳纤维体积率下混凝土的抗压强度和劈拉强度试验,探讨了碳纤维体积率对混凝土强度的影响;通过与素混凝土在强度、粗糙度以及试件的破坏性状上的对比,分析了碳纤维对混凝土的增强、增韧和阻裂效应。试验结果表明:掺加碳纤维可提高混凝土的抗压强度和劈拉强度,与素混凝土相比,当碳纤维体积率为0.5%时,抗压强度可提高12%,劈拉强度则随着碳纤维掺量的提高,当掺量为0.7%时最大可提高53%;同时,碳纤维掺入后还可改善骨料与水泥砂浆的粘结面特征,优化混凝土的内部结构,提高材料的整体性。当掺量较小(≤0.5%)时纤维对混凝土的作用主要表现为增强,而随着掺量的逐渐增大,纤维对混凝土的作用更多的表现为增韧作用。(2)通过试件尺寸为100mm×100mm×400mm碳纤维混凝土三点弯曲梁抗折试验,研究了冷缝的时间间隔T对混凝土的抗折强度、粗糙度以及梁的应变的影响规律。结果表明:在混凝土浇筑时间间隔为初凝时间(t=3h)之前,混凝土梁的抗折强度下降的幅度达到了最大,仅为整体抗折强度(4.65MPa)的60%,浇筑时间间隔为6h、1 d时,分别占整体试件抗折强度的53.8%和45.2%.碳纤维混凝土浇注间隔时间从0到T(T=3h)断裂面的粗糙度从3.4cm降至1.3cm,降幅达到61.8%,随时间的延长,降幅逐渐趋于平缓。(3)根据应变片实测数据,可以得出:碳纤维混凝土梁沿梁高的平均应变均能较好地符合平截面假定,这就为梁正截面受弯承载力的计算理论提供了有力的依据。并且在存在冷缝的情况下依然基本符合此规律,证明了平截面假定的正确性。(4)建立了碳纤维混凝土存在冷缝时的时间间隔T与劈裂强度y之间的关系模型;本文的试验结果可为碳纤维混凝土今后的研究和工程应用提供有益的资料。同时也为混凝土冷缝的研究积累一些有用的经验。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-11
第一章绪论  11-25
  1.1 研究背景及意义  11-15
    1.1.1 普通混凝土所存在的问题  11-13
    1.1.2 碳纤维在混凝土中的作用  13-15
    1.1.3 目的意义  15
  1.2 纤维混凝土国内外研究和应用状况  15-19
    1.2.1 纤维混凝土国内外研究概况  15-17
    1.2.2 纤维混凝土的理论研究  17-18
    1.2.3 纤维混凝土的应用研究及其工程应用  18-19
  1.3 碳纤维混凝土  19-21
    1.3.1 碳纤维基本性能及其应用  19
    1.3.2 碳纤维混凝土特点及其研究现状  19-21
  1.4 混凝土及纤维混凝土冷缝研究  21-23
    1.4.1 混凝土冷缝的概念及产生原因  21-22
    1.4.2 纤维混凝土冷缝的研究现状  22-23
  1.5 本文研究的主要内容  23-25
    1.5.1 研究目的  23
    1.5.2 试验内容  23-25
第二章碳纤维混凝土物理力学性质  25-33
  2.1 碳纤维基本特性  25-26
  2.2 碳纤维混凝土的破坏机理  26-27
  2.3 碳纤维混凝土增强机理  27-32
    2.3.1 复合力学理论  28-30
    2.3.2 纤维间距理论  30-31
    2.3.3 碳纤维混凝土增强机理理论的统一  31-32
  2.4 本章小结  32-33
第三章碳纤维混凝土材料特性及试验方法  33-44
  3.1 试验设计  33-34
    3.1.1 试验内容  33
    3.1.2 碳纤维体积率  33
    3.1.3 试验龄期  33
    3.1.4 试件尺寸  33-34
    3.1.5 混凝土材料及强度等级  34
  3.2 试件制作及养护  34-39
    3.2.1 试验原材料  34-36
    3.2.2 配合比参数确定  36-38
    3.2.3 试件制作与养护  38-39
  3.3 试验方法及测试内容  39-43
    3.3.1 三点抗弯试验  39
    3.3.2 立方体抗压强度试验  39-40
    3.3.3 立方体劈裂抗拉试验  40-43
  3.4 试验装置及过程  43-44
第四章碳纤维混凝土抗压力学性能试验研究  44-50
  4.1 试验概况  44
  4.2 试验过程与试验方法  44-45
    4.2.1 立方体试件的制作与养护  44-45
    4.2.2 试验过程与试验方法  45
  4.3 抗压试验结果  45-46
  4.4 其它试验结果  46-49
    4.4.1 养护龄期对碳纤维混凝土的影响  47
    4.4.2 碳纤维混凝土的荷载～位移曲线  47-49
  4.5 本章小结  49-50
第五章碳纤维混凝土抗拉力学性能试验研究  50-61
  5.1 试验方法  50-52
    5.1.1 碳纤维冷缝劈裂抗拉试验方法  50
    5.1.2 劈拉试验方法的理论基础  50-51
    5.1.3 劈裂试验装置及过程  51-52
  5.2 劈裂试验结果分析  52-54
    5.2.1 劈裂抗拉强度与碳纤维掺量的关系  52-53
    5.2.2 拉压强度比与抗压强度的关系  53-54
  5.3 浇筑时间间隔对冷缝面劈拉强度的影响  54-56
  5.4 混凝土浇筑时间间隔对劈裂面粗糙度的影响  56-58
    5.4.1 碳纤维混凝土试件破坏形态  56-57
    5.4.2 粗糙度的测量  57-58
  5.5 试验结果及理论分析  58-60
    5.5.1 混凝土冷缝成因分析  58-59
    5.5.2 纤维混凝土的阻裂分析  59-60
  5.6 本章小结  60-61
第六章混凝土梁受力性能试验  61-66
  6.1 试件的设计和制作  61
  6.2 试验装置和试验过程  61-62
  6.3 试验结果及分析  62-65
    6.3.1 弯曲破坏梁截面的平均应变  62-63
    6.3.2 混凝土浇筑时间间隔对冷缝面抗折强度的影响  63-64
    6.3.3 碳纤维混凝土浇筑时间间隔对于断裂面粗糙度的影响  64-65
  6.4 结论  65-66
第七章总结及展望  66-69
  7.1 本文工作的主要结论  66-67
  7.2 建议与展望  67-69
参考文献  69-74
致谢  74-75
作者简介  75

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