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【6h】

补偿收缩纳米SiO2钢纤维混凝土力学性能试验及微观结构分析

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摘要

1 绪论

1.1 选题的背景和意义

1.1.1 选题的背景

1.1.2 研究的意义

1.2 国内外研究现状及发展趋势

1.2.1 矿物掺合料在混凝土领域研究现状

1.3 纳米材料在混凝土领域研究现状

1.3.1 纳米材料概念

1.3.2 纳米材料的制备方法

1.3.3 纳米材料的性质

1.3.4 纳米材料在水泥混凝土中的应用进展

1.4 研究的内容、目的及方法

1.4.1 研究内容

1.4.2 组织结构

1.4.3 研究目的

1.4.4 研究方法

2 补偿收缩纳米SiO2钢纤维混凝土的基本理论

2.1 膨胀剂对混凝土的作用机理

2.1.1 膨胀剂对混凝土的膨胀机理

2.1.2 膨胀剂对混凝土的抗渗防裂机理

2.2 钢纤维对混凝土的作用机理

2.2.1 钢纤维对混凝土增强机理

2.2.2 钢纤维在混凝土中破坏机理

2.3 纳米SiO2对混凝土的作用机理

2.3.1 纳米SiO2对水泥水化的影响

2.3.2 纳米SiO2对混凝土流动性的影晌

2.3.3 纳米SiO2对界面过渡区的改善

2.4 本章小结

3 补偿收缩纳米SiO2钢纤维混凝土试验设计

3.1 试验参数

3.2 试验原材料

3.3 试验配合比设计

3.4 试件制作与养护

3.4.1 实验准备

3.4.1 试件养护

3.5 试验的主要系统和设备

4 补偿收缩纳米SiO2钢纤维混凝土力学性能的试验

4.1 计算方法与试验结果测定

4.1.1 抗压强度

4.1.2 劈裂抗拉强度

4.1.3 试验步骤

4.1.4 试件破坏形态

4.2 试验结果及分析

5 补偿收缩纳米SiO2钢纤维混凝土微观结构的试验

5.1 电镜扫描的基本原理

5.2 仪器设备及方法

6 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

致谢

作者简介及读研期间主要科研成果

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摘要

随着超高层建筑和跨海大桥的大量建设,这些建筑对混凝土材料要求较高,且或多或少存在使用条件不良的情况,因此发展力学性能好、渗透性低的混凝土材料符合混凝土领域的发展方向。本文以补偿收缩混凝土为基础,掺入钢纤维和纳米SiO2制成补偿收缩纳米SiO2钢纤维混凝土,通过基本力学性能测试和扫描电子显微镜观测,研究了补偿收缩纳米SiO2钢纤维混凝土的抗压强度、劈裂抗拉强度和微观结构,分析了其强度提高的原因。
  基本力学性能试验以钢纤维体积率掺量和纳米SiO2掺量为变量进行正交试验,共设计16组混凝土配合比,192个试块,分别测试了混凝土7d和28d的抗压强度、劈裂抗拉强度。7d抗压强度试验显示,补偿收缩纳米SiO2钢纤维混凝土中纳米SiO2的掺入显著提高了材料的早期抗压强度,随着纳米SiO2掺量的增加,混凝土抗压强度先增大后有所下降,纳米SiO2掺量在0.6~1.2%时效果最为理想,抗压强度较素混凝土提高24.5%;28d抗压强度试验显示,纳米SiO2的力学性能最优掺量为1.2%,抗压强度比素混凝土提高9.4%。补偿收缩纳米SiO2钢纤维混凝土中钢纤维的掺入显著提高了材料的劈裂抗拉强度,随着钢纤维掺量的增加,7d和28d劈裂抗拉强度增长趋势大致相同,钢纤维体积掺量在0.8~1.2%时,劈裂抗拉强度增长迅速,掺量超过1.2%后,劈裂抗拉强度增长趋于平缓。钢纤维掺量为1.2%时,7d和28d劈裂抗拉强度较素混凝土分别提高了78.6%和78.4%;
  在基本力学性能试验的基础上进行了微观结构试验,通过扫描电子显微镜,对补偿收缩纳米SiO2钢纤维混凝土的水化产物和界面过渡区进行了观测。试验结果显示,补偿收缩纳米SiO2钢纤维混凝土的水化产物取向度低、生长密实。纳米SiO2的掺入促进了水泥水化,降低了孔隙率,进而提高混凝土的力学强度和耐久性能。对钢纤维与骨料之间的微裂缝宽度进行对比试验,未掺加纳米SiO2时,钢纤维与骨料之间存在宽度为5.311um的微裂缝;掺加纳米SiO2后,微裂缝被水化物填充,有效提高了混凝土耐久性。

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