本文選題：纖維素纖維混凝土(CFRC) + 內(nèi)養(yǎng)護(hù)�。� 參考：《東南大學(xué)》2015年碩士論文

【摘要】：纖維素纖維是繼化學(xué)合成纖維之后發(fā)展起來的第三代混凝土工程專用植物纖維,原料取自于高寒地區(qū)的某種特殊植物,有非常高的強度/質(zhì)量比,親水性好在混凝土拌合物中易分散。纖維素纖維混凝土(Cellulose fiber reinforced concrete,簡稱CFRC)具有抗裂性好、耐久性優(yōu)異的特性。然而,要推廣CFRC在工程中的應(yīng)用,需要對其性能開展系統(tǒng)研究。本文針對隧道襯砌結(jié)構(gòu)的服役環(huán)境,通過原材料優(yōu)選、配合比設(shè)計及成型工藝的優(yōu)化,制備了滿足隧道襯砌結(jié)構(gòu)承載力要求和耐久性能要求的CFRC,對CFRC在彎拉荷載與環(huán)境因素共同作用下的耐久性、抗高溫爆裂和受壓徐變性能進(jìn)行了試驗研究。首先,探索了纖維素纖維作為混凝土內(nèi)養(yǎng)護(hù)纖維與混凝土耐久性提升措施的可行性與可靠性。采用激光共聚焦顯微鏡與SEM研究了纖維素纖維的空腔結(jié)構(gòu),測試了纖維片的飽和吸水率、纖維素纖維單絲的力學(xué)性能(主要包括拉伸強度和初始彈性模量)、纖維素纖維的吸水特性對水化進(jìn)程的影響,定量評價了纖維在基體中的分散程度,并觀測了纖維在硬化漿體中的形貌。結(jié)果表明,纖維素纖維具有獨特的空腔結(jié)構(gòu)和良好的吸水性,可以在混凝土中均勻分散,纖維空腔所吸收的自由水對混凝土的水化進(jìn)程不產(chǎn)生影響,可以作為混凝土的內(nèi)養(yǎng)護(hù)纖維。采用應(yīng)力水平為40%的彎拉荷載與單一環(huán)境因素共同作用,研究了CFRC的抗氯離子滲透性、抗凍性、抗碳化和抗硫酸鹽侵蝕等關(guān)鍵耐久性能。結(jié)果表明：彎拉荷載與單一環(huán)境因素共同作用下CFRC的耐久性均優(yōu)于未加荷載同環(huán)境因素作用下的基準(zhǔn)素混凝土的耐久性。而荷載作用在試件內(nèi)部引入了微結(jié)構(gòu)損傷,使得荷載作用下的耐久性相比于未加荷載的耐久性指標(biāo)均有不同程度的削弱,凍融循環(huán)300次后相對動彈性模量下降了8.4%；電通量增加了17%；3d、7d、14d和28d時的碳化深度分別增加了0.2mm、0.7mm、0.6mm和n1.3mm。其次,研究了CFRC在300℃、600℃、800℃和1050℃下分別恒溫2.5h、4h和5.5h后的高溫抗爆裂性能,并通過SEM、MIP、熱分析和XRD物相分析等微觀測試技術(shù)分析了高溫作用后混凝土的微觀結(jié)構(gòu)劣化規(guī)律與宏觀性能衰減的對應(yīng)關(guān)系及高溫抗爆裂機理。結(jié)果表明：纖維素纖維可以顯著提高CFRC的高溫抗爆裂性能。300℃時溫度接近纖維熔點,纖維已經(jīng)出現(xiàn)軟化體積減小,使基體孔隙率增加,此時恒溫時間對CFRC的力學(xué)性能影響最顯著,恒溫時間越久,纖維軟化留下的孔隙體積越大,混凝土力學(xué)性下降越顯著。此時,基準(zhǔn)素混凝土的力學(xué)性能損失率為2.3%～33.7%,纖維素纖維混凝土的力學(xué)性能損失率為3.0%～29.2%。溫度超過800℃后,恒溫時間的影響不再明顯。微觀測試結(jié)果表明：隨著溫度的升高,混凝土中水化產(chǎn)物不斷脫水分解,基體由致密粘結(jié)逐漸分散變得疏松,骨料與基體界面出現(xiàn)裂縫,逐漸發(fā)展,最后貫穿。這個過程在宏觀上表現(xiàn)為物理力學(xué)性能的不斷損失,直至喪失承載能力。溫度達(dá)到纖維素纖維熔點后,纖維熔化,在基體中留下很多孔道,雖然在一定程度上降低了混凝土試件的強度,但減輕了CFRC內(nèi)部的蒸汽壓力,提高混凝土的高溫抗爆裂性能。最后,研究了纖維素纖維摻量為0、0.9kg/m3、1.1kg/m3、1.3kg/m3的混凝土在40%應(yīng)力水平下的受壓徐變,并對CEB-FIP(2010)的徐變模型進(jìn)行修正,引入纖維的影響變量,對四個系列混凝土的長期徐變變形性能進(jìn)行了預(yù)測。試驗與預(yù)測結(jié)果表明：纖維素纖維可以減小混凝土的受壓徐變變形,用于徐變試驗的試件養(yǎng)護(hù)齡期越長,纖維越能有效減小混凝土的徐變變形。纖維對混凝土徐變性能的影響主要受纖維在混凝土中的分散、纖維與基體之間的界面層缺陷和纖維釋放內(nèi)部水分促進(jìn)周圍基體水化的內(nèi)養(yǎng)護(hù)效用共同影響,與纖維摻量和養(yǎng)護(hù)齡期密切相關(guān)。通過引入纖維影響參量對CEB-FIP(2010)的徐變模型進(jìn)行修正,采用修正后的模型對纖維素纖維混凝土長齡期的徐變應(yīng)變進(jìn)行了預(yù)測。本文創(chuàng)新點在于：提出了纖維素纖維在混凝土中的分散程度定量測試與評價技術(shù)、揭示了纖維素纖維作為混凝土內(nèi)養(yǎng)護(hù)纖維的可行性,探明了CFRC在彎拉荷載與環(huán)境因素共同作用下的耐久性以及高溫抗爆裂性能與受壓徐變性能,建立了纖維素纖維混凝土受壓徐變模型。試驗與理論研究結(jié)果可以為纖維素纖維混凝土在復(fù)雜服役環(huán)境下的工程應(yīng)用提供技術(shù)支撐。
[Abstract]:Cellulose fiber is the third generation of concrete plant fiber developed after the chemical synthetic fiber. The raw material is taken from some special plant in the alpine region. It has a very high strength / mass ratio, and the hydrophilicity is easy to disperse in the concrete mixture. Cellulose fiber reinforced concrete, abbreviated as CF RC) has the characteristics of good crack resistance and excellent durability. However, in order to promote the application of CFRC in engineering, it is necessary to carry out a systematic study of its performance. In this paper, according to the service environment of the tunnel lining structure, the bearing capacity and durability of the tunnel lining structure are prepared through the optimization of the raw materials, the mix proportion design and the molding process. The required CFRC is tested on the durability of CFRC under the joint action of bending load and environmental factors, high temperature cracking and compression creep. First, the feasibility and dependability of cellulose fiber as a curing fiber and concrete durability are explored. The laser confocal microscope and SEM are used to study the durability of the concrete. The cavity structure of cellulose fiber was used to test the saturated water absorption of the fiber, the mechanical properties of the cellulose fiber monofilament (mainly including tensile strength and initial modulus of elasticity), the influence of the water absorption properties of cellulose fiber on the hydration process, quantitatively evaluated the dispersion of the fiber in the matrix, and observed the fiber in the hardened pulp. The results show that the cellulose fiber has a unique cavity structure and good water absorption, which can be dispersed uniformly in concrete. The free water absorbed by the fiber cavity has no effect on the hydration process of concrete. It can be used as the internal curing fiber of concrete. The flexural tensile load of 40% stress level is combined with a single environmental factor. In the same effect, the key durability of CFRC is studied, such as resistance to chloride ion permeability, frost resistance, carbonation resistance and sulphate resistance. The results show that the durability of CFRC under the combined action of bending load and single environmental factor is better than that of standard plain concrete under the action of unloaded and environmental factors. The microstructural damage was introduced, which made the durability of the load weakened to some extent compared to the durability index of the non load. The relative dynamic modulus of elasticity decreased by 8.4% after 300 times of freezing and thawing cycle, and the electrical flux increased by 17%; the carbonization depth of 3D, 7d, 14d and 28d increased respectively by 0.2mm, 0.7mm, 0.6mm and n1.3mm., respectively, and studied C The cracking properties of FRC at 300, 600, 800, and 1050, respectively, at 2.5h, 4H and 5.5h, respectively. The corresponding micro testing techniques such as SEM, MIP, thermal analysis and XRD phase analysis were used to analyze the relationship between the microstructure deterioration and the high temperature resistance of concrete after high temperature action and the mechanism of high temperature resistance. Vitamin fiber can significantly improve the high temperature resistance of CFRC at.300 C, the temperature is close to the melting point of fiber. The softening volume decreases and the porosity of the matrix increases. At this time, the constant temperature time has the most significant influence on the mechanical properties of CFRC. The longer the constant temperature time is, the larger the pore volume is, the more the mechanical property of the concrete decreases. At this time, the loss rate of the mechanical properties of the reference concrete is 2.3% ~ 33.7%, the loss rate of the mechanical properties of cellulose fiber concrete is 3% ~ 29.2%. over 800 degrees C, and the effect of the constant temperature time is no longer obvious. The bond gradually dispersed and loose. The interface between the aggregate and the matrix appears crack, gradually developing, and running through. This process shows the loss of physical and mechanical properties at the macroscopic level, until the melting point of cellulose fiber is reached. The fiber melts and leaves a lot of channels in the matrix, although it is reduced to a certain extent. The strength of the concrete specimen is reduced, but the steam pressure inside CFRC is relieved and the high temperature resistance of concrete is improved. Finally, the compressive creep of the concrete with cellulose fiber content of 0,0.9kg/m3,1.1kg/m3,1.3kg/m3 under the 40% stress level is studied, and the creep model of CEB-FIP (2010) is corrected, and the influence variables of the fiber are introduced. The long-term creep deformation performance of four series of concrete is predicted. Experimental and prediction results show that cellulose fiber can reduce the compressive creep deformation of concrete. The longer the curing age of the specimen is used in the creep test, the more the fiber can effectively reduce the creep deformation of concrete, the effect of fiber on the creep properties of concrete is mainly fiber. The dispersion in the concrete, the interfacial layer defects between the fiber and the matrix and the internal moisture content of the fiber released to promote the internal curing effect of the hydration of the surrounding matrix are closely related to the fiber content and curing age. The modified model is used to modify the CEB-FIP (2010) model by introducing the fiber influence parameters. The creep strain of fibrous concrete for long period of age is predicted. The innovation point of this paper is that the quantitative measurement and evaluation technology of the dispersion degree of cellulose fiber in concrete is put forward, and the feasibility of cellulose fiber as the curing fiber in concrete is revealed, and the durability of CFRC under the joint action of the bending load and the environmental factors is explored. The compressive creep model of cellulose fiber reinforced concrete is established, and the experimental and theoretical results can provide technical support for the engineering application of cellulose fiber concrete in complex service environment.
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TU528.572

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本文編號：2082353