绿色超高性能钢纤维增强混凝土的静动态韧性研究

• 作 者: 简洪树
• 出 处: 哈尔滨工业大学
• 发表日期: 2004年期
• 关键词: 绿色超高性能混凝土 废弃CRT锥玻璃 钢纤维 硅烷偶联剂 韧性 动态冲击压缩试验

超高性能混凝土(UHPC)是新一代水泥基材料,具有高强度、高韧性且耐久性优异。但传统UHPC通常以大量水泥和硅灰作为胶凝材料,以高强细集料和钢纤维作为增强相,采用特殊养护工艺,造成了高成本、高耗能及低产效等不足,影响了在工程领域的推广应用。针对上述问题,本文研究了废弃阴极射线管(CRT)锥玻璃制备UHPC的可行性,并系统研究了硅烷偶联剂改性钢纤维对UHPC静动态韧性的提升作用及机理,旨在研制具有良好流动性能、力学强度和静动态韧性的低能耗生态型绿色UHPC材料。主要研究成果如下:利用废弃CRT锥玻璃取代河砂制备UHPC,研究绿色UHPC的基本性能。分别测试了CRT锥玻璃UHPC的流动性能、物理性能、力学强度和弯曲韧性,分析了微结构演变与宏观性能的内在联系。研究表明:当CRT锥玻璃掺量增加,UHPC的流动度、硬化密度及铅浸出浓度逐渐增大,力学强度和抗弯韧度逐渐降低。XRD和BSEM微观分析表明,CRT锥玻璃会抑制水泥水化,弱化界面过渡区,导致UHPC强度有所降低。当取代率为25%时综合性能表现最佳。利用硅烷偶联剂溶液改性钢纤维,研究改性和异形钢纤维UHPC的抗弯性能。基于三点弯曲试验,建立了初裂强度及对应挠度、峰值强度及对应挠度、抗弯韧度和韧性指数等评价指标,分析了各种钢纤维对弯曲韧性的提升作用,揭示了硅烷偶联剂改性的工作机理。结果表明:随着改性浓度的增加,材料抗折强度和抗弯韧度逐渐增大;抗压强度和韧性指数先增后减,浓度为1%时达到最大。硅烷偶联剂改性会增加界面摩擦阻力;并通过化学键和物理吸附作用使基体与钢纤维粘结更加紧密,提高界面粘结性能,从而起到增强增韧的作用。利用分离式霍普金森杆对UHPC进行动态冲击压缩试验,研究改性和异形钢纤维UHPC的抗冲击性能。分析了各种钢纤维对动态抗压强度、峰值应变、冲击韧性和破坏形态的影响;利用数值模拟再现了多种冲击速度下的破坏过程。结果表明:UHPC材料具有明显的应变率效应。在同等应变率条件下,改性钢纤维显著提高了冲击韧性,其破坏形态呈现出“较低应变率下无可见破坏、中等应变率下微裂而不分散,较高应变率下破裂而不粉碎”的特征。模拟分析表明,UHPC冲击破坏过程可分为裂缝扩展和压碎破坏两个阶段。