不同浸润剂玄武岩纤维混凝土力学性能试验研究

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纤维水泥基复合材料相较于传统混凝土可以显著改善其固有的一些缺陷,同时也可以控制混凝土材料裂缝的发展,从而提高服役期内构件的耐久性能。而玄武岩纤维因优异的力学性能以及较高的性价比,在工程应用价值上潜力巨大,备受专家学者关注。然而,玄武岩纤维复合水泥基材料能否发挥出其优势不仅取决于纤维和基体本身的性能,同时也与纤维-基体的界面粘结性能有着密不可分的关系。目前,针对玄武岩纤维在基本力学和耐久性能上的研究较多,而关于不同浸润剂处理后玄武岩纤维对复合材料整体的性能影响的研究还尚未涉及,未能从浸润剂对纤维-基体粘结性能影响的角度去研究复合材料宏观性能上的变化规律。因此,本文从复合材料的本质着手,以四种不同浸润剂为变量,从微观、细观和宏观的层面上对纤维与水泥基材料的粘结拉拔性能、玄武岩纤维混凝土的基本力学性能、孔结构特征以及玄武岩纤维试验梁的抗弯性能开展了试验研究和理论分析,主要研究内容如下:(1)试验设计了三种养护环境(标准养护环境、低温环境和干热环境),以纤维埋深长度、龄期和浸润剂类型参数为变量,通过纤维拉拔试验、理论分析及SEM微观测试技术对玄武岩纤维与水泥基的界面粘结性能试验展开了研究,并根据实验结果分析各参数对纤维-水泥基粘结性能的影响规律。结果表明:通过试验和SEM微观形貌观测技术进行分析得出,浸润剂类型不同,纤维-水泥基体的粘结破坏形式及粘结强度差异非常明显。综合不同养护环境下的实验结果,四种浸润剂玄武岩纤维粘结强度顺序为:2#分散型>3#柔性型>4#耐碱型>1#集束型。(2)通过对掺加不同浸润剂玄武岩纤维普通混凝土在低温、常温养护环境下的基本力学性能进行试验研究,并通过CT扫描技术、孔隙结构分析软件和MATLAB程序对不同浸润剂玄武岩纤维混凝土试样内部孔隙空间结构的相关参数进行定性及定量分析。结果表明:纤维的掺加对于普通混凝土的提升更为明显;不同浸润剂纤维对于混凝土宏观力学性能的差别较为明显,综合考虑四种浸润剂纤维的掺入对不同养护环境下普通混凝土的影响规律,四种不同浸润剂玄武岩纤维的性能:2#>3#>4#>1#,而且从细观层面上,不同浸润剂纤维对于试件的孔隙结构参数的影响也较为明显,其中2#浸润剂纤维表现良好,各项孔隙结构参数优于其他浸润剂纤维。因此,不同浸润剂玄武岩纤维-水泥基材料粘结性能规律与玄武岩纤维普通混凝土基本力学性能规律是一致的,验证了优化玄武岩纤维短切丝浸润剂界面对于提高玄武岩纤维混凝土力学性能的重要性。(3)通过制作四种不同浸润剂短切玄武岩纤维钢筋混凝土梁对其抗弯性能进行研究,同时运用DIC技术对试验梁进行全过程监测,对观测区域内位移矢量场、应变和位移场进行计算分析。结果显示:不同浸润剂BFRC梁的抗弯性能差异明显,但都要好于普通RC梁。四种不同浸润剂玄武岩纤维掺入对试验梁的开裂弯矩和极限弯矩均有较大的提升,同时对于裂缝发展的控制以及抗变形能力都有明显的改善。但是不同浸润剂纤维对于这些性能改善的效果有所不同,其中,2#浸润剂类型和3#浸润剂类型的提升作用最为明显。
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