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超细钢微丝具有优异的抗拉强度和导电性,较低体积掺量即可广泛分布于混凝土中,从而显著提高混凝土的强度、韧性以及导电性。碳纳米管和纳米二氧化钛(Nano titanium dioxide,NT)已被证实是从纳米尺度改善混凝土微观结构、力学性能及智能性能的代表性一维和零维纳米材料。本文研究多壁碳纳米管(MWCNTs)/NT与超细钢微丝复合掺入对活性粉末混凝土(RPC)的强度、韧性、导电性及压敏性能的增强或改性作用,并探究填料掺量和水泥种类对RPC性能的影响规律,同时通过复合材料理论计算分析纳米填料与超细钢微丝复掺对RPC性能的增强/改性机理。主要研究内容和结论如下:(1)制备了不同水泥种类和填料掺量的MWCNTs与超细钢微丝双掺RPC,测试了其抗折强度、折后抗压强度、弯曲韧性、压缩韧性及弹性模量。试验结果表明,掺入0.25%MWCNTs使RPC的抗折强度和弯曲韧性最多分别增长17.11%和62.31%;选用硅酸盐水泥且掺入0.5%MWCNTs对RPC的折后抗压强度、压缩韧性增长更有利。RPC的强度和韧性均随钢微丝掺量增加而提高。在抗折强度和弯曲韧性方面,钢微丝体积掺量为1.2%时,可与MWCNTs发挥“1+1≥2”的协同增强/增韧作用,但纳/微米二相填料对RPC折后抗压强度普遍无协同增强作用。0.25%MWCNTs和1.2%钢微丝具有最佳复掺效果,使RPC的抗折强度、折后抗压强度、弯曲韧性、压缩韧性分别提高150.66%、94.60%、313.56%和206.09%。钢微丝单掺RPC、MWCNTs与钢微丝双掺RPC的弹性模量普遍高于空白组,最大增幅为22.92%。当选用硅酸盐水泥时,RPC复合材料获得更高的强度增幅、韧性增幅、抗压强度峰值和压缩韧性峰值;而普通硅酸盐水泥有助于RPC复合材料获得更高的抗折强度和弯曲韧性,并提高RPC空白组的弹性模量。(2)制备了不同水泥种类和填料掺量的NT与超细钢微丝双掺RPC,测试了其强度、韧性及弹性模量。试验结果表明,掺入1.5%NT使RPC的抗折强度、弯曲韧性增长37.87%和48.44%;3%NT是提高NT复合RPC的折后抗压强度、压缩韧性的最佳掺量。NT与钢微丝双掺RPC的力学性能随钢微丝掺量增加而显著提高,且NT与钢微丝双掺填料的协同增强/增韧规律与MWCNTs与钢微丝双掺填料基本一致。复掺1.5%NT与1.2%钢微丝使RPC的抗折强度及弯曲韧性增长最多,最大增长率分别为171.59%和466.46%,但NT与钢微丝双掺RPC的折后抗压强度及压缩韧性与钢微丝单掺RPC无明显区别。掺入NT或NT和钢微丝对弹性模量无显著影响。水泥种类对NT与钢微丝双掺RPC的强度及韧性的影响规律同MWCNTs与钢微丝双掺RPC。(3)通过复合材料理论计算分析了 MWCNTs/NT与超细钢微丝复合掺入对RPC力学性能的增强机理。复合材料理论计算结果表明RPC复合材料内钢微丝的平均中心间距随钢微丝掺量增加而减小,说明形成了更紧密的增强网络;增加MWCNTs掺量,MWCNTs的破坏模式由拉断转变为拔出,而RPC复合材料中钢微丝的破坏机制均为拉断;钢微丝与基体之间的粘结强度随着钢微丝掺量增加而降低。加入适当掺量的MWCNTs或NT使纳米填料与钢微丝双掺RPC中钢微丝与基体之间的粘结强度高于钢微丝单掺RPC,且普通硅酸盐水泥有助于RPC复合材料获得更高的粘结强度。(4)测试了 MWCNTs与超细钢微丝双掺RPC的直流和交流导电性能及其在循环压缩荷载和单调压缩荷载下的压敏性能。试验结果表明,随MWCNTs掺量增加,MWCNTs复合RPC的电阻率逐渐降低,而压敏性逐渐提高,且使用普通硅酸盐水泥有利于获得更好的导电性和压敏性。掺入0.5%MWCNTs可分别使RPC的直流电阻率、交流电阻率最多降低52.16%和62.2%,其在循环荷载和单调压缩荷载下的应变灵敏度分别为51.53和36.88。0.15%、0.3%、0.6%、1.2%掺量的钢微丝使钢微丝单掺RPC的直流电阻率(交流电阻率)分别降低2(1)、3(2)、5(4)、6(5)个数量级。当钢微丝掺量较低时,MWCNTs与钢微丝双掺RPC可能获得低于钢微丝单掺RPC的电阻率。而含0.6%或1.2%钢微丝的RPC中钢微丝搭接形成的导电网络较完善,再添加MWCNTs反而导致电阻率增大,且其电阻率在单调压缩荷载下无明显降低。0.3%钢微丝单掺RPC具有突出的压敏性能,其在循环压缩荷载和单调压缩荷载下的应变灵敏度分别为13.96和135.05。当采用高水胶比时,0.5%MWCNTs与0.15%钢微丝双掺RPC在循环压缩荷载及单调压缩荷载下的压敏性能优于单一填料复合RPC,而0.5%MWCNTs和0.3%钢微丝双掺RPC在循环压缩荷载和单调压缩荷载下的压敏性接近钢微丝单掺RPC。水泥种类及配合比会影响RPC的导电性和压敏性,普通硅酸盐水泥制备而成的RPC具有更高的电阻率;增大水胶比会降低RPC的电阻率,提高其在单调压缩荷载下的压敏性能。(5)测试了 NT与超细钢微丝双掺RPC的直流及交流导电性能及其在循环压缩荷载和单调压缩荷载下的压敏性能。添加1.5%或3%NT未明显降低RPC的电阻率,增加NT掺量稍微提高RPC的压敏性。NT与钢微丝双掺RPC的电阻率随钢微丝掺量增加而降低。相比钢微丝单掺RPC,1.5%NT与0.6%钢微丝双掺RPC及复掺1.5%NT与0.15%钢微丝且具有高水胶比的RPC具有较低的电阻率。当选用硅酸盐水泥时,3%NT与0.15%钢微丝的RPC在循环压缩和单调压缩荷载下的应变灵敏度分别较钢微丝单掺RPC提高134.77%和45.80%;当选用普通硅酸盐水泥且高水胶比时,NT与钢微丝双掺RPC的压敏性也优于钢微丝单掺RPC。