發(fā)布時間：2017-09-06 12:18

  本文關鍵詞：超高韌性水泥基復合材料高溫性能試驗研究

  更多相關文章： ECC 力學性能 熱工性能 高溫 有限元

【摘要】：隨著社會的進步,建筑行業(yè)蓬勃發(fā)展,越來越多的新材料和新技術漸漸被應用到建筑領域中。超高韌性水泥基復合材料(ECC)在常溫下具有出色的拉伸性能、控裂能力以及非線性變形能力,其在土木工程中的應用越來越廣。目前,對ECC的研究主要集中在常溫性能方面,對其高溫性能的研究比較欠缺,因此,本文對ECC的高溫性能進行試驗研究具有重要的意義。通過對ECC試件的高溫試驗,發(fā)現(xiàn)試件的顏色由青灰色逐漸變紅,且比相同溫度下的普通混凝土更泛紅；試件逐漸疏松、開裂,高溫后其完整性優(yōu)于普通混凝土,300℃后,試件表面的PVA纖維消失不見；高溫條件下,ECC試件不會爆裂；ECC試件質(zhì)量損失率隨加熱溫度的升高逐漸增大,200℃前的質(zhì)量損失速度最快。通過ECC試件高溫后力學性能試驗,考察了經(jīng)歷不同溫度后ECC立方體抗壓強度、劈裂強度、軸心抗壓強度、峰值應變、彈性模量、單軸拉伸強度、單軸受壓應力-應變關系曲線的變化。結果表明：ECC試件在200℃以下呈塑性破壞,300℃以上呈脆性破壞；ECC各項力學性能隨著溫度升高而降低,單軸拉伸強度約為劈裂強度的1/2。根據(jù)ECC高溫前后各項力學性能的退化規(guī)律,回歸了ECC高溫后立方體抗壓強度、劈裂強度、軸心抗壓強度、峰值應變、彈性模量、單軸拉伸強度隨溫度變化的公式以及單軸受壓應力-應變?nèi)�本構模型。高溫后微觀結構SEM圖表明,200℃前,ECC的微觀結構沒有出現(xiàn)顯著變化；300℃后,PVA纖維完全熔化,基體中形成了額外互相聯(lián)通的孔道；600℃后,C-S-H凝膠因高溫脫水分解而導致微細觀結構變化,整塊的C-S-H致密結構開始變少,有大量的裂縫產(chǎn)生。壓汞試驗表明,溫度越高,ECC的孔隙結構越粗糙,孔隙率越大。對ECC材料開展相關的熱物理性能試驗研究。結果表明：隨著溫度的升高,ECC的導熱系數(shù)逐漸降低,且下降幅度較大；ECC材料的質(zhì)量比熱容在150℃左右有一個突變；20～500℃,ECC的熱膨脹介于歐規(guī)的鈣質(zhì)混凝土與硅質(zhì)混凝土的熱膨脹之間,而400～800℃,其熱膨脹不在此界限內(nèi),比鈣質(zhì)混凝土的熱膨脹要低�；貧w了ECC材料的導熱系數(shù)、比熱、熱膨脹系數(shù)隨溫度變化的公式。ECC的TG-DSC曲線可分為三個階段,預示這些階段材料存在明顯物理、化學反應,該方法測得的高溫比熱容曲線與采用HotDisk熱常數(shù)分析儀測得的曲線相差不大。利用有限元軟件ABAQUS,采用順序熱-力耦合方法分析了鋼筋增強ECC約束梁的高溫后受力性能。結果表明：ABAQUS分析得到的ECC梁高溫下的溫度場與試驗結果符合較好,ECC梁在升溫結束瞬間的溫度分布與截面最高溫度相差比較大,只研究高溫作用下升溫階段的溫度場偏不安全；將ECC梁節(jié)點的最高溫度作為初始條件導入到力學模型中,分析得到的高溫后荷載-撓度曲線、荷載-軸向變形曲線、荷載-軸力曲線、荷載-受拉縱筋應變曲線與試驗值的趨勢大體相同。
【關鍵詞】：ECC 力學性能 熱工性能 高溫 有限元
【學位授予單位】：東南大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TU528
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第一章 緒論11-19
• 1.1 火災的危害11
• 1.2 ECC的產(chǎn)生、發(fā)展與應用11-13
• 1.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀13-16
• 1.3.1 ECC常溫性能13-16
• 1.3.2 ECC高溫性能16
• 1.4 本文的主要研究內(nèi)容16-17
• 參考文獻17-19
• 第二章 試驗方法19-35
• 2.1 引言19
• 2.2 試件設計19-22
• 2.2.1 原材料選用19-20
• 2.2.2 ECC配合比20-21
• 2.2.3 試件尺寸確定21
• 2.2.4 試件制作與養(yǎng)護21-22
• 2.3 高溫后力學性能試驗22-27
• 2.3.1 升溫制度22-24
• 2.3.2 立方體抗壓試驗24
• 2.3.3 劈裂試驗24-25
• 2.3.4 軸心抗壓試驗25-26
• 2.3.5 四點彎試驗26
• 2.3.6 單向拉伸試驗26-27
• 2.4 掃描電鏡試驗27
• 2.5 壓汞試驗27-28
• 2.6 熱工性能試驗28-31
• 2.6.1 熱常數(shù)分析28-30
• 2.6.2 線膨脹系數(shù)測量30
• 2.6.3 熱重-差熱分析30-31
• 2.7 本章小結31
• 參考文獻31-35
• 第三章 ECC高溫力學性能35-63
• 3.1 引言35
• 3.2 高溫試驗結果35-37
• 3.2.1 高溫試驗現(xiàn)象35
• 3.2.2 高溫后試件的表面特征35-37
• 3.2.3 高溫后試件的質(zhì)量損失率37
• 3.3 ECC立方體抗壓37-39
• 3.3.1 試驗現(xiàn)象37-38
• 3.3.2 立方體抗壓強度38-39
• 3.3.3 相對殘余立方體抗壓強度與溫度間的關系39
• 3.4 ECC劈裂39-42
• 3.4.1 試驗現(xiàn)象39-40
• 3.4.2 劈裂強度40-41
• 3.4.3 相對殘余劈裂強度與溫度間的關系41
• 3.4.4 劈裂變形41-42
• 3.5 ECC軸心抗壓42-51
• 3.5.1 試驗現(xiàn)象42
• 3.5.2 受壓應力-應變曲線42-44
• 3.5.3 峰值應力44-45
• 3.5.4 峰值應變45-46
• 3.5.5 彈性模量46-47
• 3.5.6 泊松比47-48
• 3.5.7 單軸受壓應力-應變曲線方程48-51
• 3.6 ECC四點彎51-53
• 3.6.1 試驗現(xiàn)象51
• 3.6.2 荷載-撓度曲線51-53
• 3.7 ECC單軸拉伸53-57
• 3.7.1 試驗現(xiàn)象53-54
• 3.7.2 單軸拉伸強度54-55
• 3.7.3 相對殘余單軸拉伸強度與溫度間的關系55
• 3.7.4 單軸拉伸應力-應變曲線55-57
• 3.8 SEM分析57-59
• 3.9 壓汞分析59-60
• 3.10 本章小結60-61
• 參考文獻61-63
• 第四章 ECC熱工性能63-69
• 4.1 引言63
• 4.2 熱常數(shù)63-65
• 4.3 線膨脹系數(shù)65-66
• 4.4 熱重-差熱分析66
• 4.5 本章小結66-67
• 參考文獻67-69
• 第五章 鋼筋增強ECC約束梁高溫性能有限元分析69-85
• 5.1 引言69
• 5.2 ABAQUS簡介69-70
• 5.3 試驗概況70-71
• 5.4 RECC梁的溫度場有限元分析71-77
• 5.4.1 火災溫度-時間曲線71-72
• 5.4.2 材料的熱工性能72
• 5.4.3 ABAQUS溫度場分析72-77
• 5.5 鋼筋增強ECC約束梁的高溫后力學性能有限元分析77-83
• 5.5.1 材料的本構模型77-78
• 5.5.2 ABAQUS高溫后力學性能分析78-83
• 5.6 本章小結83-84
• 參考文獻84-85
• 第六章 結論與展望85-87
• 6.1 結論85-86
• 6.2 展望86-87
• 附錄87-88
• 致謝88-89
• 作者簡介89

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本文編號：803085