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| 高延性混凝土高温后性能试验研究 摘 要 高延性混凝土（High Ductile Concrete，以下简称HDC)具有高强度、高延性和高能量吸收等特点，将其应用于混凝土结构中的连梁、承重柱底、梁柱节点和剪力墙塑性铰区等关键部位，可以显著提高结构的延性和耐损伤能力，增强其抗震和抗裂性能，具有广泛的应用前景。为了便于高延性混凝土的进一步研究和推广，有关材料基本力学性能的研究不可缺少。随着应用领域的扩展，HDC在热工环境下工作或经历火灾的可能性也在增加，对HDC的高温力学性能提出了新的要求。本文在课题组前期研究的基础上，进行亚高温及高温后高延性混凝土的抗压强度、抗弯韧性和微观机理研究，其主要内容及结论如下： （1）进行亚高温处理后高延性混凝土的抗弯韧性试验研究，分析温度（常温-200℃）对掺加两种纤维（PVA，PE）高延性混凝土等效弯曲韧性指数 和等效弯曲强度指标 的影响。结果表明：对于两种纤维（PVA，PE）的高延性混凝土，其 与 值在常温到125℃热处理后无明显变化，而在之后持续下降；通过对试验数据的回归分析，建立 、 与温度的相关公式，该结果可以为HDC在热工环境下的应用提供理论依据。 （2）进行高温后高延性混凝土的立方体抗压强度试验研究，分析温度（常温-800℃）、冷却方式（自然冷却与浸水冷却）、高温冷却后的养护方式（自然养护与浸水养护）和静置时间（1天、7天、14天、28天）四种因素对高延性混凝土立方体抗压强度的影响。结果表明：温度对试验结果影响较大，而另外三个因素对结果影响较小；按照冷却方式与高温冷却后养护方式的不同将试件分为A（自然冷却，自然养护），B（浸水冷却，自然养护），C（浸水冷却，浸水养护）三类，通过对试验数据回归分析，建立高温后高延性混凝土立方体抗压强度与温度的相关公式，该结果将为HDC结构火灾后的鉴定加固提供理论依据。 （3）研究高温后高延性混凝土立方体抗压强度和轴心抗压强度之间的换算关系，即确定高温后高延性混凝土轴心抗压强度与立方体抗压强度的强度比值系数以便为高延性混凝土的构件火灾后的鉴定的加固提供一定的理论依据； （4）进行超声回弹试验，探讨高延性混凝土抗压强度值、经历的最高温度与超声波速和回弹值的相互关系；通过对试验数据进行回归分析，建立了高延性混凝土高温后超声回弹测强曲线及推定经历最高温度的公式。 （5）进行XRD、SEM以及TG等微观性能试验，分析高温前后HDC物相组成的变化规律以及显微结构特征,分析HDC宏观力学性能变化的内在机理,探讨以微观研究评定火灾现场的实用方法。 关键词：高延性混凝土；高温后抗压强度；高温后抗弯韧性；超声回弹综合法；微观机理 目录 1 绪论 4 1.1 研究背景 4 1.2 高延性混凝土材料特性 5 1.3 研究现状 6 1.3.1 高延性混凝土研究现状 6 1.3.2 高延性混凝土经热处理后力学性能研究现状 8 1.3.3 高延性混凝土经高温力学性能研究现状 9 1.4课题的提出和研究意义 12 1.4.1热处理后高延性混凝土弯曲韧性试验研究的提出 12 1.4.2高温后静置高延性混凝土剩余强度试验研究的提出 12 1.4.3研究目的意义 12 1.5本文主要研究内容 12 2 高延性混泥土高温后弯曲韧性实验退化研究 14 2.1 试验概况 15 2.1.1 试验方案和试验配合比 15 2.1.2 试件设计和试验方法 15 2.1.3 试验现象与结果分析 16 2.1.4 HDC四点弯曲梁式试件弯曲变形分析 20 2.2 国内外纤维混凝土弯曲韧性评价方法 24 2.2.1 JSCE-SF4韧性系数法 24 2.2.2 ASTM C1018方法 25 2.2.3 ASTM C1609方法 27 2.3 HDC等效弯曲韧性指数分析 27 2.3.1 HDC等效弯曲强度提出 28 2.3.2 HDC等效弯曲韧性指数提出 28 2.4 高温后HDC等效弯曲韧性退化指数 30 2.5 HDC韧性变化微观机理 31 2.5.1准应变硬化模型 31 2.5.2 HDC经热处理后纤维、基体和界面的变化 32 2.5.3 HDC经热处理后基于准应变硬化模型的韧性变化机理 33 2.6 本章小结 35 3 高温后HDC剩余强度试验研究 37 3.1 引言 37 3.2 试验概况 38 3.2.1 试验设计 38 3.2.2 试验装置 39 3.2.3 升温过程 40 3.2.4 回弹超声试验步骤 41 3.3 抗压强度试验结果分析 42 3.3.1 高温后试件外观特征 42 3.3.2 混凝土高温爆裂机理 43 3.3.3 高温后试件破坏形态 45 3.3.4 烧失量 46 3.3.5 抗压强度与温度的关系 46 3.3.6 抗压强度与静置时间的关系 47 3.3.7 抗压强度与冷却方式的关系 47 3.3.8 抗压强度与冷却方式和静置时间三者的关系 48 3.3.9 抗压强度与冷却方式和静置时间试验结论及分析 49 3.3.10 HDC高温后强度关系研究 50 3.4超声回弹综合法推定HDC高温后强度 51 3.4.1 HDC抗压强度与回弹值的关系 51 3.4.2 HDC抗压强度与超声波速的关系 51 3.4.3 HDC经历最高温度与回弹值和超声波速的关系 52 3.4.4 HDC抗压强度及经历最高温度的推定 52 3.5 本章小结 52 4 火灾高温后HDC微观试验研究 54 4.1 引言 54 4.2 试验概况 55 4.2.1 试样的制备 55 4.2.2 试验装置 55 4.2.3 试验原理 56 4.3 试验混凝土原材料的矿物组成及其水化反应 59 4.3.1 衍射线的形状和强度 59 4.3.2 衍射数据的检索 59 4.4 水泥的水化 60 4.5 高温后HDC微观机理分析 60 4.5.1 HDC高温抗爆裂机理分析——微观形貌变化 60 4.5.2 HDC高温损伤机理分析——物相组成变化 63 4.5.3 XRD试验结果分析 64 4.6 本章小结 67 5 结论与展望 69 5.1 结论 69 5.2 展望 70 参考文献 71 致 谢 79 附 录 77 |
