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纤维对地聚物混凝土力学性能及收缩性能影响

纤维对地聚物混凝土力学性能及收缩性能影响

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作者：金佳慧东北电力大学

学位级别：硕士

普通硅酸盐水泥已经成为工程建设中不可或缺的建筑材料,但其“两磨一烧”工艺存在的耗能大和碳排放高问题一直未得到妥善解决。随着双碳战略的不断推进,建材行业亟需进行节能、降碳。地质聚合物(Geopolymer)作为一种新型低碳胶凝材料被... 详细信息

普通硅酸盐水泥已经成为工程建设中不可或缺的建筑材料,但其“两磨一烧”工艺存在的耗能大和碳排放高问题一直未得到妥善解决。随着双碳战略的不断推进,建材行业亟需进行节能、降碳。地质聚合物(Geopolymer)作为一种新型低碳胶凝材料被用于制成地聚物混凝土。由于地聚物混凝土具备优异的力学性能、耐高温及耐腐蚀性,已成为替代水泥混凝土的理想材料。但由于地聚物混凝土的化学键类型与水泥混凝土晶体的不同,导致地聚物混凝土的脆性更为显著。同时地聚物混凝土更细的孔径分布导致其收缩远大于普通硅酸盐混凝土。这极大地限制了地聚物混凝土在土木工程领域的大量应用。本文结合地聚物混凝土和纤维混凝土的高韧性材料特性,制备纤维增强地聚物混凝土,围绕“纤维对地聚物混凝土力学性能增强、增韧作用”和“纤维对地聚物混凝土收缩的限制作用”这两个问题展开研究。主要研究内容如下:(1)以矿渣和粉煤灰比例掺量,碱激发剂模数、砂率、溶胶比为变量进行目标强度为50MPa地聚物混凝土配合比设计,开展不同龄期下抗压强度试验,得到同时满足强度和工作性要求的地聚物混凝土的配合比,并基于单纯形重心法设计混掺纤维的体积掺量。结果表明,碱激发剂模数是影响地聚物混凝土抗压强度的主要因素,最佳碱激发剂模数为1.4mol,溶胶比超过0.5时地聚物混凝土结晶度较低,砂率对地聚物混凝土抗压强度影响较小。(2)结合抗压强度、劈裂抗拉强度和抗弯强度测试结果,分析不同种类纤维单掺及混掺对地聚物混凝土力学性能的影响规律。结果表明随着结构型钢纤维或聚丙烯纤维的掺入,地聚物混凝土的抗压强度和劈裂抗拉强度均有显著提高,钢纤维对抗弯强度提升显著。不同纤维混掺时,结构型钢纤维与聚丙烯纤维的掺入对地聚物混凝土抗压强度、劈裂抗拉强度和抗弯强度的影响表现出显著的正混杂效应。钢纤维体积掺量0.4%聚丙烯纤维体积掺量0.1%,相比钢纤维体积掺量0.5%时,抗压强度提升9.7%、劈裂抗拉强度提升2.9%、抗弯强度提升13.2%。(3)根据RILEM对纤维混凝土弯曲韧性的评价方法以及评价断裂韧性的双K断裂模型和断裂能方法,分析不同种类纤维单掺及混掺对地聚物混凝土弯曲韧性和断裂韧性的影响规律。结果表明,加入纤维可提高地聚物混凝土的弹性比例极限与峰值荷载。掺入结构型纤维的地聚物混凝土表现出良好的弯曲韧性和断裂韧性。不同纤维混掺时,结构型钢纤维与聚丙烯纤维混掺,对地聚物混凝土弯曲韧性的影响最为显著,表现出良好的正混杂效应,可以使纤维地聚物混凝土实现挠度硬化。(4)通过早期收缩试验,分析不同种类纤维单掺及混掺对地聚物混凝土收缩性能的影响规律。结果表明,掺加纤维对地聚物混凝土的早期收缩抑制效果明显。掺入单种纤维时,钢纤维对地聚物混凝土限制收缩效果有限,聚丙烯纤维最佳体积掺量在0.25%附近。玄武岩纤维随体积掺量增加,限制收缩效果越显著,可将早期收缩控制到340με。不同纤维混掺时,玄武岩纤维与聚丙烯纤维混掺时限制收缩效果最优,最大可减少90.9%的收缩,正混杂效应显著。

关键词：纤维地聚物混凝土弯曲韧性断裂韧性早期收缩单纯形重心法

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