混杂纤维改性高强自密实混凝土性能研究

摘要

自密实混凝土在自身重力的影响下，通过流动，不需额外振动即可密实并成型的优势，解决了实际工程中薄壁、复杂形体、过密配筋等结构引起的建造问题，同时，降低了施工噪音，响应了国家对于绿色建筑的呼吁。由此，自密实混凝土逐渐被广泛应用。而混凝土低抗拉强度、低抗拉应变、韧性差、抗裂性差等弱点随着现代建筑对混凝土等级要求的提高愈加明显。
　　研究表明:纤维的掺入，可提高水泥基复合材料的韧性、强度和抗裂性能，使得纤维改性高强自密实混凝土发展为高性能混凝土的研究方向之一。然而，单一纤维的掺入只能在某一尺寸上改善混凝土某一方面的性能，而不同尺度的混杂纤维能在不同结构层次上改善混凝土多方面的性能。钢纤维作为增强、增韧纤维已在混凝土领域广泛应用，镀铜微丝钢纤维是亚毫米级尺寸的钢纤维，较普通钢纤维更适合对工作性能有严格要求的自密实混凝土。纳米碳纤维是亚微米级尺寸的石墨纤维，具有高强度、高弹性模量、良好的韧性和优异的导电、导热性能。因而，本文考虑研究镀铜微丝钢纤维和纳米碳纤维混掺下对高强自密实混凝土的改性作用。
　　主要完成以下几方面工作:
　　(1)以镀铜微丝钢纤维和纳米碳纤维的体积掺量为试验参数，制备混杂纤维改性高强自密实混凝土，并保证此类混凝土满足相关工作性能及力学性能指标。
　　(2)研究混杂纤维对高强自密实混凝土工作性能、力学性能、弯曲韧性及抗裂性能的改性作用。通过坍落扩展度试验及J环试验衡量混杂纤维改性高强自密实混凝土填充性和间隙通过性这两个工作性能指标。其后，由力学性能试验获得混杂纤维改性混凝土的相关力学表现。再通过弯曲韧性试验得到的荷载-位移曲线，经计算得到初始弯曲韧度比及弯曲韧度比，以衡量混杂纤维对混凝土韧性的改性情况。最后进行平板抗裂试验，综合分析两纤维对裂缝的总长度、裂缝平均宽度、裂缝名义面积作用机理，评估混杂纤维对早龄期混凝土抗裂性能的改性作用。
　　(3)为深度剖析混杂纤维对混凝土力学性能、韧性、早期抗裂性能的改性机理，根据混杂纤维力学性能实测值建立BP神经网络，并对其准确度进行分析，验证是否可通过该数值分析算法进行合理预测。通过神经网络预测，细化自变量刻度，并结合二次非线性拟合的方法，得到混凝土力学性能、韧性、早期抗裂性能随两纤维掺量变化曲面图，进而获知混杂纤维的最优掺量配比范围。

目录

摘要

1 绪论

1．1 研究背景

1．1．1 高强自密实混凝土

1．1．2 纤维混凝土

1．2．1 钢纤维混凝土研究现状

1．2．2 纳米碳纤维混凝土研究现状

1．2．3 混杂纤维混凝土研究现状

1．3．1 研究意义

1．3．2 主要内容

1．4．1 研究方法

1．4．2 技术路线

2 原材料及制备方法

2．1 材料

2．1．1 胶凝材料

2．1．2 骨料

2．1．3 外加剂

2．1．4 增强纤维

2．2 试验配合比设计

2．2．1 初期配合比设计

2．2．2 配合比调整

2．3 试验方法

2．3．1 纳米碳纤维分散

2．3．2 试件制作

2．4 本章小结

3 工作性能与力学性能试验

3．1 工作性能试验

3．1．1 坍落扩展度试验

3．1．2 J环扩展度试验

3．1．3 工作性能结果分析

3．2 力学性能试验方法及结果

3．2．1 立方体抗压试验

3．2．2 轴心抗压试验

3．2．3 劈裂抗拉试验

3．2．4 抗折试验

3．2．5 力学性能试验结果

3．3 数值分析算法

3．3．1 最小二乘法

3．3．2 神经网络

3．3．3 准确度分析

3．4 力学性能结果分析

3．4．1 立方体抗压强度分析

3．4．2 轴心抗压强度分析

3．4．3 劈裂抗拉强度分析

3．4．4 抗折强度分析

3．5 本章小结

4 弯曲韧性与平板抗裂试验

4．1 弯曲韧性试验

4．1．1 试验方法

4．1．2 荷载-挠度曲线

4．1．3 韧性指标评价方法

4．1．4 初始弯曲韧度比

4．1．5 弯曲韧度比

4．2 平板抗裂试验

4．2．1 混凝土开裂原因

4．2．2 试验方法

4．2．3 试验结果

4．2．4 裂缝总长度

4．2．5 裂缝平均宽度

4．2．6 裂缝名义面积

4．3 本章小结

结论与展望

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

致谢

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