冻融条件下玄武岩纤维混凝土抗折和抗冲击性能试验研究
目录
摘要 ................................................................. I Abstract .............................................................. II 第一章绪论 (1)
1.1 研究背景 (1)
1.2 研究现状 (2)
1.2.1混凝土的冻融损伤机理及抗冻性研究现状 (2)
1.2.2玄武岩纤维混凝土的研究现状 (4)
1.2.3 数字图像相关技术的基本原理、优势及其应用现状 (5)
1.3 本文的主要研究内容 (6)
第二章试验原材料及试验方法 (8)
2.1 试验原材料及混凝土配合比设计 (8)
2.1.1 试验原材料 (8)
2.1.2 配合比设计 (10)
2.2 试件制作 (10)
2.2.1 试件种类 (10)
2.2.2 试件制作过程 (11)
2.3 试验设备及方法 (12)
2.3.1 冻融试验 (12)
2.3.2 数字图像相关设备及其调试、使用方法 (12)
2.3.3 静态力学试验 (15)
2.3.4 冲击试验 (17)
2.4 本章小结 (20)
第三章玄武岩纤维混凝土抗冻性能研究 (21)
3.1 引言 (21)
3.2 冻融循环试验现象及外观形貌 (21)
3.3 冻融循环后的质量损失 (24)
3.3.1 质量损失 (24)
3.3.2 质量损失与冻融次数拟合曲线 (27)
3.4 断面形态分析 (29)
3.4.1 粗骨料与水泥基材料断面形态 (29)
3.4.2 玄武岩纤维在断面上的形态 (29)
3.5 本章小结 (30)
第四章玄武岩纤维混凝土冻融前后静态力学性能研究 (31)
4.1 引言 (31)
4.2 抗压试验 (31)
4.3 抗折试验 (32)
4.3.1 抗折试验结果分析 (32)
4.3.2 抗折强度与冻融次数拟合曲线 (35)
4.4 断裂力学参数计算 (37)
4.4.1 使用断裂力学分析的意义 (37)
4.4.2 应力强度因子及断裂韧度 (37)
4.5 本章小结 (42)
第五章玄武岩纤维混凝土冻融前后抗冲击性能研究 (43)
5.1引言 (43)
5.2 冲击试验结果及分析 (43)
5.2.1 初裂冲击次数及破坏冲击次数分析 (44)
5.2.2 初裂冲击次数及破坏冲击次数拟合曲线 (46)
5.3 本章小结 (48)
第六章使用数字图像相关对玄武岩纤维混凝土弯曲、冲击破坏过程的研究 (49)
6.1 引言 (49)
6.2 利用数字图像相关对抗折试验进行的研究 (49)
6.2.1 对试件受弯破坏过程的研究 (49)
6.2.2 玄武岩纤维掺量变化对试件裂缝形成、扩展特点的改变 (60)
6.2.3冻融次数变化对试件裂缝形成、扩展特点的改变 (63)
6.3 利用数字图像相关对抗冲击试验进行的研究 (68)
6.4 本章小结 (72)
结论与展望 (73)
结论 (73)
展望 (73)
参考文献 (75)
致谢 (79)
第一章绪论
第一章绪论
1.1 研究背景
从1824年英国人J. Aspdin获得第一个波特兰水泥专利开始，由水泥配置的水泥混凝土材料便因其方便成型、抗压强度高、原材料易于获取、生产工艺简单、成本低廉等诸多优点，逐渐成为现代建筑工程中用量最大、应用范围最宽广的建筑材料。根据欧洲水泥协会的数据显示，2013年全世界水泥的合计产量达到40亿吨，而中国是世界第一大水泥生产国，水泥产量达到24.2亿吨，占全世界水泥产量的58.6%[1]。但随着水泥混凝土用量的不断增加，应用范围越来越广，其耐久性不足问题也日益突出。
在发达国家，由混凝土耐久性不足而引起的混凝土结构过早破坏，已显示出其巨大的危害性：大量的混凝土结构必须花费巨资维修后才能使用，有些需要拆除重建，更有甚者发生倒塌破坏，造成了巨大的经济损失和不良的社会影响[2]。1972年英国在英格兰岛的中环线快车道上花费2800万英镑建成了全长21km的11座高架桥，但由于冬季冻融及除冰破坏，两年后便发现桥上混凝土结构因为冻胀出现了裂缝。从建成到1989年的15年中，因维修便花费4500万英镑，为造价的1.6倍。经专家评估，在之后的15年间（到2004年），维修还要花费近1.2亿英镑，超出造价的4倍。总维修费用近造价的6倍[3]。
在我国，虽然大规模使用混凝土进行建设的时间较短，但因为混凝土耐久性不足而造成的危害却不容小觑。1986年，建设部和国家统计局对建筑面积为46.76亿㎡的城镇房屋和5亿㎡的工业厂房进行普查，发现其中有23亿㎡需要分期分批进行评估和加固，而这23亿㎡中又有一大半是急需维修加固后才能正常使用的[4]。根据1985年水电部组织多家单位对建国后修建、运行时间为10-30年的32座大型混凝土坝和40多处闸坝、土坝进行的混凝土耐久性调研显示，18.8%大型混凝土坝和26%的闸坝、土坝存在冻融破坏。这些破坏大都集中在三北地区（东北、华北、西北），尤其是东北寒冷地区，因冻融受损的水工建筑物数量更是达到几乎100%[5]。
美国学者用“五倍定律”直观的描述混凝土耐久性带来的经济问题：设计时，每在新建项目的钢筋防护方面节省1美元，在发现钢筋锈蚀时就要多增加维修费用5美元，若混凝土顺钢筋开裂则要多追加25美元，若严重破坏维修费用更是要多增加125美元。由此可见，对混凝土耐久性问题，尤其是冻融破坏问题的研究刻不容缓。
为了改善混凝土的耐久性，人们采用了诸多方法，在水泥基材料中掺加各种各样