纤维自密实混凝土收缩徐变性能研究

不同种类纤维在自密实混凝土中的使用，除改善混凝土的力学性能外，更重要的是提高其抗裂能力，拓展其应用范围。项目主要围绕纤维自密实混凝土收缩、徐变性能进行研究，系统研究了多种不同性质的纤维单独或同时掺入混凝土中所产生的混杂、协同和超叠加效应；研究了自密实混凝土与各种纤维混合作用情况下的材料微观变形、混凝土硬化变形规律。主要研究成果包括： 1）在对碳纤维、纤维素纤维复合自密实混凝土的性能研究中发现：（1）工作性能测试：研究结果表明碳纤维对工作性能的影响大于纤维素纤维；单掺和混杂均降低自密实混凝土工作性能。（2）力学性能测试：研究结果表明单掺和混杂均能够有效改善混凝土脆性破坏形态，提高劈裂张拉、抗压、弹性模量。（3）掺入纤维素纤维和碳纤维能够降低混凝土裂缝平均开裂面积和单位面积上总开裂面积，细化裂缝，有效控制裂缝产生较大的应力集中现象。（4）掺入纤维素纤维和碳纤维能够降低自密实混凝土收缩及徐变，尤其是早期塑性收缩。研究结果表明，12mm碳纤维对收缩徐变抑制最优掺量为2.72kg/m3，而纤维素纤维最优掺量是1.6kg/m3。（5）利用纤维间距理论和复合材料理论对纤维在混凝土中的作用进行阐述，在保证纤维能够在水泥基材料均匀分散，不同性能的材料共同发挥作用前提下，混凝土的耐久性能能够提高；从纤维间距理论分析，当纤维在水泥材料中处于三维乱向分布，纤维中心间距大于7.6mm时，纤维的增强、抗裂、增韧效果明显。（6）扫描电镜和X射线三维重构实验结果表明单掺或混杂均匀分散在混凝土中的纤维能够改善混凝土微观孔结构、与水泥基粘结紧密。 2）在对聚丙烯纤维、聚乙烯醇纤维和玄武岩纤维复合自密实混凝土的性能研究中发现：（1）单一掺入0.9kg/m3聚丙烯纤维，0.9kg/m3聚乙烯醇纤维，4kg/m3玄武岩纤维会降低混凝土强度，但能提高混凝土的劈裂抗拉强度。（2）玄武岩纤维、聚丙烯纤维、聚乙烯醇纤维三者两两混杂加入混凝土中能明显提高混凝土的劈裂抗拉强度，减小混凝土收缩徐变。 2100433B

纤维在自密实混凝土中的应用近年来引起了国内外学者的广泛关注。目前，国际上暂无自密实混凝土尺寸稳定性规范，收缩、徐变性能研究成为亟待解决的关键性问题。本项目结合自密实混凝土技术特点及不同纤维材料特性，采用材料微观测试及物化分析方法，研究自密实混凝土与不同纤维作用下材料微观变形过程、混凝土硬化变形规律，分析纤维与水泥石间界面结构特征，确立纤维增韧抗裂机理。同时，对收缩、徐变性能进行系统实验研究，阐明纤维自密实混凝土组成、微观结构与尺寸变形之间的相互关系原理，揭示配合比参数对自收缩、干燥收缩以及受压徐变的影响规律，建立收缩、徐变预测模型，制定混凝土体积变化抑制对策，提出有变形抑制作用的纤维自密实混凝土优化设计方法，从混凝土微观结构变形机理出发进而建立其与宏观尺寸变形性能的逻辑关系。本项目具有广泛的理论研究价值及巨大工程实用性，对于国际自密实混凝土硬化性能规范的修订具有极其重要的学术价值。

自密实混凝土由于其优良的工作性和受力性能在土木工程中具有广阔的应用前景，为确保工程质量迫切需要对其徐变性能进行深入研究。本项目针对自密实混凝土的原材料特征，以水胶比、粉煤灰单掺、粉煤灰与磨细矿渣复掺、砂率、骨料类型以及混凝土强度等作为主要影响因素，对自密实混凝土受压徐变进行深入系统试验研究，揭示各因素对自密实混凝土基本徐变与干燥徐变的影响规律，提出了适合于自密实混凝土的受压徐变预测计算模型，同时提出减小自密实混凝土徐变的优化配合比设计方法。本项目还进行自密实混凝土梁弯曲徐变试验，研究自密实混凝土梁的荷载挠度时变曲线及其受各因素的影响规律，同时通过跨中梁底和梁顶的应变分析揭示自密实混凝土拉、压徐变度发展的对比关系，提出自密实混凝土受拉徐变度的计算方法。最后基于徐变试验结果及机理分析，考虑自密实混凝土材料特征，在固化徐变理论基础上推导可用于数值分析的自密实混凝土徐变的理论计算方法。 2100433B

自密实混凝土由于其优良的工作性和受力性能在土木工程中具有广阔的应用前景，为确保工程质量迫切需要对其徐变性能进行深入研究。本项目针对自密实混凝土的原材料特征，以水胶比、粉煤灰单掺、粉煤灰与磨细矿渣复掺、砂率、骨料类型以及混凝土强度等作为主要影响因素，对自密实混凝土受压徐变进行深入系统试验研究，揭示各因素对自密实混凝土基本徐变与干燥徐变的影响规律，提出适合于自密实混凝土的受压徐变预测计算模型，同时提出减小自密实混凝土徐变的优化配合比设计方法。本项目还进行自密实混凝土梁弯曲徐变试验，研究自密实混凝土梁的荷载挠度时变曲线及其受各因素的影响规律，同时通过跨中梁底和梁顶的应变分析揭示自密实混凝土拉、压徐变度发展的对比关系，提出自密实混凝土受拉徐变度的计算方法。最后基于徐变试验结果及机理分析，考虑自密实混凝土材料特征，在固化徐变理论基础上推导可用于数值分析的自密实混凝土徐变的理论计算方法。

综合国内外混凝土收缩徐变的研究报告,混凝土收缩徐变的主要影响因素有:

(1)相对空气湿度。气候越干燥,混凝土收缩和徐变的效应越明显。

(2)混凝土的龄期。混凝土在荷载开始时的龄期对徐变的影响非常之大,随着加载龄期有限的增大,徐变变形将有显著的降低。

(3)构件厚度的影响、尺寸效应。随着构件尺寸的增大,混凝土收缩徐变的效应将有所降低"混凝土收缩和徐变均是构件体积与表面积之比的函数,并随着比值的增大而降低。

(4)水灰比。一般而言,徐变随水灰比的降低而减小。

(5)环境温度。周围空气的环境温度会影响混凝土的干燥,从而影响混凝土的收缩和徐变。

(6)混凝土集料和强度等级。集料的弹性模量越高,徐变率越低,徐变值越小。