基于轻骨料碳纤维混凝土宏观力学性能及细观结构的试验研究

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1、南华大学硕士学位论文轻骨料碳纤维混凝土宏观力学性能及细观结构的试验研究姓名：何建申请学位级别：硕士专业：结构工程指导教师：石建军20070501摘要碳纤维混凝土的研究从20世纪70年代就已经开始，并取得了大量的研究成果。但迄今为止对轻骨料碳纤维混凝土研究较少，特别是对应用复合材料理论研究轻骨料碳纤维混凝土增强、阻裂机理等前沿课题的研究更鲜见报道。本文设计的轻骨料碳纤维混凝土系采用大颗粒人造膨胀页岩陶粒做粗骨料，普通砂作细骨料、水泥作胶结料，同时掺入随即乱向分布的短碳纤维做增强剂所配制的一种新型多项材料复合的混凝土。希望从细观力学角度探讨

2、轻骨料碳纤维混凝土细观结构特征对其宏观性能特别是对强度的影响。本文配置立方体试件和圆柱体试件分别对轻骨料碳纤维混凝土中纤维掺量，试件抗压强度、抗拉强度和应力应变曲线进行了讨论，总结出影响轻骨料碳纤维混凝土宏观性能的因素；采用压汞法测定了28d的轻骨料碳纤维混凝土的孔隙率，讨论了孔隙率和强度的关系；对试块进行了电子显微扫描，分析了骨料－水泥基界面区和纤维－水泥基界面区裂纹、气孔、裂缝扩展的情况，定性分析了轻骨料碳纤维混凝土宏观力学性能和细观结构的关系；最后探讨了轻骨料碳纤维混凝土的增强、阻裂机理，建立了碳纤维在拉拔条件下的细观力学模型，该

3、模型可用于对轻骨料碳纤维混凝土的桥联应力分析或单向拉伸曲线预测。通过本文的研究可以得出如下结论：1）碳纤维加入明显改善轻骨料混凝土的抗拉强度。随着碳纤维的掺量的增加，抗拉强度明显增加。2）单轴压缩的应力-应变曲线可以分为三个阶段，这三个阶段与混凝土内部裂缝的扩展紧密相关；龄期增大，曲线中直线上升段和下降段的斜率（绝对值）增大，脆性增加。水灰比减小，相同龄期时混凝土的强度增大，最大应力对应的应变增大，脆性增加。3）同一标号的轻骨料碳纤维混凝土，随着龄期增大，轻骨料碳纤维混凝土的孔隙率逐渐减小，平均孔径也减小，抗压强度增大；同一龄期不同混凝

4、土，水灰比减小，孔隙率减小；抗压强度增大。经过回归分析，得到孔隙率和强度的关系：16.329fp=−178.58(1)c4）轻骨料碳纤维混凝土标号增加，微裂缝宽度减小，ITZ的粘接强度增大。当孔隙率大于10％以上时，出现孔洞坍塌现象。随着碳纤维掺量的增加，纤维周围气泡增加。关键词：轻骨料碳纤维混凝土、力学性能、细观结构、细观性能ExperimentalStudyoftheMacroscopicPropertiesandMicrostructureofCarbonFiberReinforcedLight-weightAggregateCo

5、ncreteAbstractThestudyofcarbonfiberreinforcedconcretehasmadegreatachievementssince1970’s.Buttherearefewpeopleonstudyingcarbonfiberreinforcedlight-weightaggregateconcreteinourcountry,especiallystudyingoftheEnhancementMechanismandtheMechanismofResistantCrackofthemacroscopi

6、cpropertiesandmicrostructureofcarbonfiberreinforcedlight-weightaggregateconcretebyapplyingthetheoryofcomplexmaterial.Thecarbonfiberreinforcedlight-weightaggregateconcretedesignedinthisarticleisanewtypeofmultipleconcretewhichadoptslargeparticlesyntheticshaleceramsitesasco

7、arseaggregate,commonsandasfineaggregate,concreteasCementingMediumandmixrandomlydistributedshortcarbonfibersasstrengthagent.Thearticleexploresthemacroscopicpropertiesandmicrostructureofcarbonfiberreinforcedlight-weightaggregateconcreteespeciallytheintensityfromthemesomech

8、anics.Thisarticlediscussesthefibercontentsoflight-weightaggregateconcrete,compressionstrengthandtensile