精品学位论文_活性粉末混凝土的力学增强机理及微观结构研究(PDF无密码可编辑).pdf

中文摘要 中文摘要 摘要 活性粉末混凝土 r p c 具有优异的力学性能和高耐久性 是一种高强 度 高韧性 低空隙率的超高性能混凝土 它的基本设计思想是 通过提高材料 组分的细度与活性 减小材料内部的缺陷 孔隙与微裂缝 获得超高强度与耐久 性 根据这个思路 r p c 所采用的原材料平均颗粒尺度在o 1 9 m l m m 之间 目的 是尽量减小混凝土中的孔间距 从而提高拌合物的密实度 关于混凝土的研究 归根结底都是对其密实度和耐久性的研究 最终强化其 性能 r p c 通过去除粗骨料以提高匀质性 优化颗粒级配 并且在凝固前和凝固 期间加压 以提高拌合物的密实度 凝固后以热养护改善微结构 掺加微细的钢 纤维后以提高韧性 本文基于钢纤维增强混凝土的力学机理和颗粒堆积理论 对 r p g 的高性能与耐久性进行研究 通过钢纤维断裂机理研究 得出纤维的性质 数量 间距 分布方向以及纤 维和基体之间的黏结力与最终的破坏荷载有很大的关系 本文将r p c 看作一种特 殊的钢纤维混凝土 由普通钢纤维混凝土的力学增强机理得出r p c 的增强机理 另一方面 界面过渡区 i t z 对混凝土材料力学性能有很重要的影响 r p c 的i t z 性能也和普通混凝土有差别 i t z 在微观形成上不仅取决于水化反应 还受颗粒堆 积的影响 微观上颗粒堆积的密实度也很大程度上影响混凝土力学性能与耐久性 颗粒内部的墙效应是影响颗粒堆积的主要因素 通过对各种自然形状的研究比较 本文选用了具有自然形成属性的 颗粒拱 结构 在二维空间模拟颗粒堆积过程 中的 墙效应 分析了产生颗粒拱结构的条件和特征 得到了r p c 内部颗粒随 机分布情况与密实度 本文得到国家自然基金项目 活性粉末混凝土受弯构件静力强度理论及计算 方法研究 项目号 5 0 4 7 8 0 6 4 的支持 同时也是与荷兰t ud e l f t 大学国际合作 项目 m o d e mc o n c r e t ec o m p o s i t e s 荷兰皇家科学院的项目号 0 4 c d p 0 3 8 的一 部分 鉴于此 本文全部用英文撰写 关键词 活性粉末混凝土 r p c 耐久性 钢纤维 颗粒堆积 墙效应 拱结构 北京交通大学硕士学位论文 a b s t r a c t a b s t r a c t r e a c t i v ep o w d e rc o n c r e t e r p c i san e wk i n do fc e m e n t b a s e d m a t e r i a l w h i c hi so fb o t hu l t r a h i g hm e c h a n i c a lp e r f o r m a n c ea n dh i 曲d u r a b i l i t y c o m p o s e do fp a r t i c l e so fs i m i l a rm o d u l u sa n ds i z e m a d eo faf i n em a t r i xw i t hs h o r t s t e e lf i b e r s i no r d e rt og e th i g hs t r e n g t h h i g ht o u g h n e s sa n dl o wp o r o s i t y t h ef i n e n e s s a n da c t i v a t i o no ft h ec o n s t i t u e n t so fr p cs h o u l db ei m p r o v e ds ot h a tt h ed e f e c t s s u c h a sv o i d sa n dm i c r oc r a c ki nt h ep a s t ec a nb er e d u c e d b a s e do nt h i sp r i n c i p l e t h e p a r t i c l e s s i z e sa r es e l e c t e df r o mo 1 l x mt oi m m a n dav e r yd e n s em a t r i xi sa c h i e v e db y o p t i m i z i n gt h eg r a n u l a rp a c k i n go f t h e s ep o w d e r s a l lt h er e s e a r c h e so ft h ec o n c r e t ea r ca b o u td e n s i t ya n dd u r a b i l i t yi nt h ee n d t h e u l t i m a t ea i mi st op r o m o t ep e r f o r m a n c eo ft h ec o n c r e t e r p ci sm a d ef r o mc u s t o m a r y c o n c r e t ec o m p o n e n t st h a tf i r es e l e c t e df o rs p e c i f i cc h e m i s t r ya n dp a r t i c l es i z e r p c s t e m sf r o me f f o r t st o o p t i m i z et h em i c r o s t r u c t u r eo ft h ec o n c r e t em a t r i xb yp r e c i s e g r a d a t i o no fa l lt h em i xp a r t i c l e s t o y i e l da no p t i m u md e n s i t y t oo p t i m i z et h e m e c h a n i c a lb e h a v i o r t h ei n f l u e n c eo ft h es t e e lf i b e r sa n dt h ep a r t i c l e sp a c k i n ga r e s t u d i e d b ya n a l y z i n gt h es t r e n g t h e n i n gm e c h a n i s mo fs t e e lf i b e rc o n c r e t e i tc a nb e c o n c l u d e dt h a tt h ef i b e r sp l a yac r u c i a lr o l ei nr p c t h ep r o p e r t i e s n u m b e r s p a c e o r i e n t a t i o na n dt h eb o n d i n go f t h ef i b e r sa n dt h em a t r i xh a v ei m p o r t a n tr e l a t i o n s h i pw i t h u l t i m a t ef a i l u r e f r o mt h et h e o r yo f t h eo r d i n a r ys t e e lf i b e rc o n c r e t e i ti se a s i l yo b t a i n e d t h es t r e n g t h e n i n gm e c h a n i s mo fr p c o nt h eo t h e rh a n d t h ei n t e r f a c i a lt r a n s i t i o nz o n e i t z i so f t e nc o n s i d e r e dt oh a v ei m p o r t a n ti n f l u e n c eo nm e c h a n i c a la n dt r a n s p o r t p r o p e r t i e so fc o n c r e t es t r u c t u r e s a n d a sf o rt h es u p e r i o rp r o p e r t i e so fr p c t h e c h a r a c t e r so f t h ei t za r ed i f f e r e n tf r o mt h o s eo f t h eo r d i n a r yc o n c r e t e t h em i c r o s t r u c t u r ef o r m a t i o no ft h ei t zd e p e n d sn o to n l yo nt h eh y d r a t i o n b u t a l s oo nt h ep a r t i c l ep a c k i n go fc e m e n tp a r t i c l e s b e c a u s eo ft h ef a c t o r s s u c ha st h e e x i s t e n c eo f w a l le f f e c t a n dt h em e t h o do fc o m p a c t i o n t h ep r o c e s so ft h ep a r t i c l e p a c k i n gw i l lb ea f f e c t e d c o n s i d e r e dt h ec o n d i t i o n sa l la b o v ea n dt h er e a s o n a b l e s t r u c t u r a lf o r m s i ti sd e d u c e dt h e a r c hs t r u c t u r e t os i m u l a t et h ef o r m a t i o no ft h e p a r t i c l ep a c k i n g t h ea r c hf o r m e db yp a r t i c l e si s u s e dt oa p p r o a c ht h eg e o m e t r i c a l s h a p e so fl a r g e rp o r e sg e n e r a t e db yt h ew a l le f f e c ta n dw a t e rb u l k sd u r i n g c e m e n t p a r t i c l ep a c k i n g u s i n gt h i ss t r u c t u r e t h ep r o c e s so ft h ep a r t i c l ep a c k i n gi ss t a t e dm o r e 一 垒呈 坠坚 一 一一 c l e a r l y i t i s c a n b e p r o v e d t h a t t h i s p r e s u m p t i o n c a l l i l l u m i n a t e t h ec a u s a t i o n o f t h e 垴出 p o r o s i t ya n dt h el a r g ep o r e so f t h ei t zc o m p a r e d w i t ht h eb u l kc e m e n tp a s t e b e 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u r a b i l i t y s t e e lf i b e r p a r t i c l e p a c k i n g w a l le f f e c t a r c hs t r u c t u r e i n t r o d u c t i o n 1i n t r o d u c t i o n i i b a e k g r o u n do ft h ep r o j e c t c o n c r e t e t h em o s tw i d e l yu s e dc o n s t r u c t i o nm a t e r i a l i se v o l v i n g i nl e s st h a no n e c e n t u r y i th a sb e c o m et h em o s tw i d e l yu s e dc o n s t r u c t i o nm a t e r i a li nt h ew o r l d a c c o r d i n gt oc e m b u r e a u i n1 9 0 0 t h et o t a lw o r l dp r o d u c t i o no f c e m e n tw a sa b o u t 1 0m i l l i o nt o n s i n1 9 9 8i tw a s1 6b i l l i o nt o n s i f w es u p p o s et h a to n a v e r a g e2 5 0 k g o f c e m e n ta r eu s e dt op r o d u c e1m 3o fc o n c r e t e i n1 9 0 0o n l y4 0m i l l i o nm 3o fc o n c r e t e w e r eu s e d w h e r e a si nt 9 9 7t h ea m o u n tp r o d u c e dw a sa b o u t6 4b i l l i o nm 3 t h i si sa l i t t l em o r et h a nim 3o fc o n c r e t ep e rp e r s o np e ry e 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f f e r e n ts o c i o e c o n o m i cn e e d sw i l l b ed e v e l o p e d w ea r ee v e na b l et o d e v e l o pn e wu s e so fc o n c r e t ei nf i e l d st h a tw e r e d i f f i c u l tt of o r e s e es o m ey e a r sa g o t r a d i t i o n a lc o n c r e t ed om u c hg o o di nh u m a nl i f ei np a s th u n d r e d so f y e a r s h o w e v e r i t a l s ob r o u g h tm u c hi n e v i t a b l ee f f e c t w h i c ha t t r a c te x p e r t st op a ym o r ea t t e n t i o n s u c ha s 北京交通火学硕士学位论文 t h el a r g ec o s ta n dw a s t e so f c o n c r e t em a d et h ee n v i r o n m e n td e t e r i o r a t ee v e r yy e a r 1 3o f t h ec i t yn o i s ec o m e sf r o mb u i l d i n gs i t e t h eo b s o l e t ec o n c r e t es t m c t u r en e e d e dm u c hs p a c et od e p o s i tw h e nt h e yw e r e d e m o l i s h e d t h es t r u c t u r e sm a d eo fc o n v e n t i o n a lc o n c r e t e i n c l u d i n gc o n v e n t i o n a lr e i n f o r c e dc o n c r e t e a r eo f t w ow 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