發(fā)布時間：2016-04-21 16:23

1 緒論

1.1 研究背景
輕骨料混凝土[1]是指用輕粗骨料、輕砂（或普通砂）等為骨料配制而成的干表觀密度不大于 1950kg/m3的水泥混凝土。輕骨料混凝土是減輕結(jié)構(gòu)自重最有效、最直接的措施，是高層與大跨度結(jié)構(gòu)的理想建筑材料[2,3]。 人造輕骨料可由工業(yè)廢棄物和建筑垃圾等燒制而成，可大大減少對天然集料資源的開采，因此輕骨料混凝土是一種生態(tài)環(huán)保型建筑材料；采用輕骨料混凝土替代普通混凝土具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益，能夠增加建筑物的使用面積，降低基礎(chǔ)造價(jià)；輕骨料混凝土具有一定的“自養(yǎng)護(hù)”功能[4]，有利于提高混凝土的強(qiáng)度及密實(shí)性，使得輕骨料混凝土具有比普通混凝土更好的抗?jié)B性；輕骨料的多孔性可緩解混凝土內(nèi)部因水結(jié)冰造成的膨脹壓應(yīng)力，提高其抗凍融破壞能力；此外，輕骨料混凝土還具有良好的抗震性能，相關(guān)研究表明[5]：輕集料混凝土相對抗震系數(shù)為 109，而普通混凝土僅為 84。 雖然輕骨料混凝土優(yōu)點(diǎn)很多，但目前大多數(shù)輕骨料混凝土存在強(qiáng)度較低，易產(chǎn)生脆性破壞等性能缺陷[6,7]，所以我國輕骨料混凝土很少被應(yīng)用于承重結(jié)構(gòu)中[8,9]，而主要作為墻體的保溫、隔熱材料使用。研究表明，將纖維作為增強(qiáng)材料摻入輕骨料混凝土中能夠顯著提高其抗開裂能力，并能有效降低其脆性程度，改善各項(xiàng)力學(xué)性能及耐久性能[10,11]。塑鋼纖維具有彈性模量大、抗拉強(qiáng)度高等特點(diǎn)，將塑鋼纖維作為增強(qiáng)材料摻入輕骨料混凝土中，構(gòu)成復(fù)合材料—塑鋼纖維輕骨料混凝土，既能將輕骨料混凝土的輕質(zhì)高強(qiáng)等獨(dú)特性能優(yōu)勢傳承下來，又能有效克服混凝土的脆性問題，符合混凝土材料科學(xué)發(fā)展方向[12]，極大地推動了輕骨料混凝土在承重結(jié)構(gòu)中的發(fā)展與應(yīng)用。 以往關(guān)于纖維輕骨料混凝土的研究并不全面，研究主要集中于某一項(xiàng)特定性能。由于輕骨料混凝土固有缺陷的存在，土木工程師不斷嘗試著將輕骨料混凝土應(yīng)用于承重結(jié)構(gòu)中，如將纖維作為增強(qiáng)材料摻加到輕骨料混凝土中，但是纖維輕骨料混凝土應(yīng)用于工程結(jié)構(gòu)時纖維摻量取值沒有科學(xué)合理的依據(jù)，大多數(shù)時候是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定的，沒有從纖維輕骨料混凝土宏觀力學(xué)性能和微觀結(jié)構(gòu)機(jī)理上去提出合理纖維摻量。 
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1.2 輕骨料混凝土研究現(xiàn)狀
Bui Le Anh Tuan 和臺灣國立臺灣科技大學(xué) Chao-Lung Hwang 等人[ 13]采用污泥做主要材料，廢棄玻璃碎片做添加劑煅燒輕質(zhì)陶粒，研究了玻璃碎片摻量及燒結(jié)溫度對陶粒特性的影響。研究結(jié)果表明：在陶粒中摻入玻璃碎片有助于提高窯內(nèi)燒結(jié)溫度，降低陶粒吸水率和堆積密度。 Payam  Shagh 等人[ 14]研究了采用油棕櫚殼和粘土陶粒為原料配制而成的兩種輕骨料混凝土在力學(xué)性能及干縮性方面的差異。研究結(jié)果表明：盡管油棕櫚殼陶�；炷恋母杀碛^密度比粘土陶�；炷恋� 15%，但其 28 天抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度、劈裂抗拉強(qiáng)度比粘土陶�；炷练謩e高 44%、30%、16%；油棕櫚殼陶�；炷恋膹�(qiáng)重比高于粘土陶�；炷良捌胀ɑ炷�；在混凝土早期養(yǎng)護(hù)階段，油棕櫚殼陶�；炷恋母煽s值比粘土陶�；炷链髮⒔槐�，而當(dāng)養(yǎng)護(hù)齡期超過 90 天時，干縮值降低至原來的 35%。 
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2 試驗(yàn)概況

2.1 試驗(yàn)原材料
水泥：采用 P·O42.5R 級普通硅酸鹽水泥； 細(xì)骨料：普通河砂，細(xì)度模數(shù) 2.9，含泥量 2.1%，堆積密度 1 547kg/m3； 塑鋼纖維：選用浙江寧波大成新材料股份有限公司生產(chǎn)的異型塑鋼纖維如圖 2.1所示，其性能指標(biāo)見表 2.1； 粗骨料：采用包頭市精正建材公司生產(chǎn)的圓球型粉煤灰陶粒、碎石型粉煤灰陶粒及天津市武清區(qū)彤上輕質(zhì)建材廠生產(chǎn)的頁巖陶粒，外觀形貌分別如圖 2.2～2.4 所示，性能指標(biāo)如表 2.2 所示； 減水劑：萘系高效減水劑，減水率為 20%； 
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2.2 試驗(yàn)配合比
由于建筑工程中強(qiáng)度等級為 C30 混凝土應(yīng)用較為廣泛，基于此，試驗(yàn)設(shè)計(jì)的輕骨料混凝土強(qiáng)度等級為 LC30。采用松散體積法對塑鋼纖維輕骨料混凝土進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)，試驗(yàn)配合比如表 2.3 所示。 由于輕骨料混凝土在拌和過程中骨料容易上浮，摻纖維后不易攪拌均勻，宜采用強(qiáng)制式攪拌機(jī)進(jìn)行攪拌，，試件制作具體步驟如下： （1）備料：根據(jù)試驗(yàn)設(shè)計(jì)配合比中數(shù)據(jù)分別稱取水泥、塑鋼纖維、陶粒、細(xì)砂備用。 （2）陶粒預(yù)濕：將稱量好的陶粒倒入盛有水的容器中進(jìn)行常壓吸水處理，水面需高出陶粒表面一定高度，要保證陶粒常壓吸水水面下降后仍能完全浸沒陶粒，浸泡1h 后，將容器中的陶粒倒出，并處理成飽和面干狀態(tài)。 （3）投料、拌和：將稱量好的原材料投入攪拌機(jī)進(jìn)行機(jī)械拌和，投料順序?yàn)閷⒔?jīng)預(yù)濕處理過的陶粒、細(xì)砂、水泥依次投入攪拌機(jī)內(nèi)；采用人工分散法加入塑鋼纖維，盡量做到均勻分散，機(jī)械攪拌 1～2min；加入水和減水劑，拌和 2.5min。 （4）出料成模：在振動臺上振動成型（振動 30～40s），24h后脫模，放置在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室中養(yǎng)護(hù)至規(guī)定齡期。 
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3 塑鋼纖維輕骨料混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)研究 ...... 10 
3.1 抗壓性能試驗(yàn)研究 ...... 10 
3.1.1 抗壓破壞試驗(yàn)現(xiàn)象........ 10 
3.1.2 抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果及分析........ 11 
3.2 劈裂抗拉性能試驗(yàn)研究 .... 14 
3.2.1 劈裂抗拉破壞試驗(yàn)現(xiàn)象...... 14 
3.2.2 劈裂抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果及分析...... 15 
3.3 抗折性能試驗(yàn)研究 ...... 16
3.4 彎曲韌性試驗(yàn)研究 ...... 21 
3.4.1 彎曲破壞試驗(yàn)現(xiàn)象........ 22 
3.4.2 彎曲韌性試驗(yàn)結(jié)果及分析........ 22 
3.5 沖擊性能試驗(yàn)研究 ...... 24 
3.6 塑鋼纖維用于輕骨料混凝土中的合理摻量 ........ 28 
3.7 本章小結(jié) .... 31
4 塑鋼纖維輕骨料混凝土微觀結(jié)構(gòu)研究 ........ 33 
4.1 微觀試驗(yàn)試樣制備與試驗(yàn)方法 .... 33 
4.2 陶粒表面及內(nèi)部形貌特征 ...... 34 
4.3 骨料—漿體界面過渡區(qū)微觀結(jié)構(gòu)研究 .... 37
4.4 塑鋼纖維—漿體界面過渡區(qū)微觀結(jié)構(gòu)研究 ........ 42
4.5 本章小結(jié) .... 44 

4 塑鋼纖維輕骨料混凝土微觀結(jié)構(gòu)研究

根據(jù)復(fù)合材料觀點(diǎn)，纖維輕骨料混凝土可以看成由素輕骨料混凝土與塑鋼纖維復(fù)合成的多相、多組分的復(fù)合材料。大量試驗(yàn)證明，材料的宏觀力學(xué)性能與微觀結(jié)構(gòu)之間有密切聯(lián)系[52]。 復(fù)合材料中不同材料之間的界面過渡區(qū)是將性質(zhì)完全不同的兩部分粘結(jié)成一個整體的關(guān)鍵環(huán)節(jié)�；炷羶�(nèi)骨料—砂漿界面過渡區(qū)是影響混凝土耐久性的主要因素，眾多研究者對混凝土界面過渡區(qū)展開了研究，但多數(shù)的研究都集中在普通混凝土的范圍內(nèi)，對輕骨料混凝土界面過渡區(qū)的研究相對較少。 根據(jù)第三章塑鋼纖維輕骨料混凝土各項(xiàng)力學(xué)性能試驗(yàn)可知，塑鋼纖維對輕骨料混凝土可以起到良好的增強(qiáng)、增韌及阻裂效果，但上述作用效果主要與纖維—漿體界面過渡區(qū)的形貌及性能有關(guān)。 因此，對塑鋼纖維輕骨料混凝土的微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行試驗(yàn)研究十分必要。本章借助于掃描電鏡重點(diǎn)觀察了塑鋼纖維輕骨料混凝土的骨料—漿體及纖維—漿體界面過渡區(qū)微觀形貌，并從微觀層面揭示了纖維對輕骨料混凝土的增強(qiáng)、增韌及阻裂機(jī)理。 

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結(jié)論 

本文選用同一種塑鋼纖維對圓球型粉煤灰陶�；炷痢⑺槭头勖夯姨樟；炷�、頁巖陶�；炷吝M(jìn)行基本力學(xué)性能試驗(yàn)研究，得出塑鋼纖維摻入對輕骨料混凝土各項(xiàng)力學(xué)性能的基本影響規(guī)律，綜合各項(xiàng)性能指標(biāo)給出塑鋼纖維輕骨料混凝土用于工程結(jié)構(gòu)時塑鋼纖維建議摻量，得出的試驗(yàn)結(jié)論更具有一般性、普遍性。
（1）塑鋼纖維能在一定程度上改善輕骨料混凝土的抗壓性能，尤其對早期抗壓強(qiáng)度提高顯著；塑鋼纖維摻入輕骨料混凝土中還能夠改善混凝土的受壓破壞形態(tài)，使混凝土由脆性破壞轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂幸欢ǖ乃苄云茐男螒B(tài)。 
（2）塑鋼纖維對輕骨料混凝土初裂強(qiáng)度無明顯影響，卻能夠顯著提高輕骨料混凝土的抗折強(qiáng)度、劈裂抗拉強(qiáng)度，彎曲韌性以及抗沖擊性能。 
（3）未摻塑鋼纖維輕骨料混凝土荷載—撓度曲線下降段幾乎無法測得；塑鋼纖維輕骨料混凝土荷載—撓度曲線比較完整，且隨纖維摻量增加，曲線下降段趨于平緩，包裹面積呈增大趨勢。 
（4）采用 JCI/JSCE 和剩余強(qiáng)度法評價(jià)彎曲韌性，所反映纖維對輕骨料混凝土的增韌效果是相一致的，曲線變化趨勢均為先上升后降低，纖維摻量為 9kg/m3時均取得極大值。 
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參考文獻(xiàn)(略)

本文編號：38939