【摘要】：高溫作用下混凝土的力學性能、熱工性能和內部微結構都會發(fā)生變化,性能嚴重劣化,從而引起混凝土構件和結構的變形加劇,嚴重時會導致整體結構倒塌和破壞。高強高性能混凝土因其內部結構致密,遭受火災后容易出現爆裂,對結構危害更大。因此,研究高強高性能混凝土高溫損傷多尺度缺陷,探討高溫作用下缺陷劣化演化規(guī)律,對提高高性能混凝土的抗火性能、防災減災,及其火災后的加固補強具有重要意義。本文混凝土的缺陷指孔隙和裂縫。主要從宏觀尺度、細觀尺度和微觀尺度三個方面對其高溫損傷缺陷進行研究。宏觀尺度下利用裂縫綜合檢測儀對混凝土表面裂縫進行測量,細觀尺度下采用X射線CT技術對高性能混凝土試件進行掃描,微觀尺度下運用掃描電鏡對混凝土內部結構進行觀測,研究不摻和摻0.2%聚丙烯纖維的C60和C80高性能混凝土高溫損傷缺陷及其劣化演化規(guī)律,并進行對比分析。本文主要研究內容如下:1、高溫后高強高性能混凝土高溫損傷宏觀缺陷分析(1)高強高性能混凝土高溫損傷表觀現象分析對不摻和摻0.2%聚丙烯纖維的C60和C80高性能混凝土高溫后的表觀現象進行描述。試驗結果表明,經過高溫作用,C60和C80混凝土表面顏色由常溫時的深灰色變?yōu)闇\白色;表面裂縫隨溫度升高而萌生、發(fā)展、貫通,HPC0開始出現裂縫的溫度較PPHPC低。(2)高強高性能混凝土表面裂縫分析研究混凝土表面裂縫數量和寬度隨溫度變化規(guī)律。試驗結果表明:各溫度下混凝土表面0.1mm的裂縫分布最多;隨著溫度升高,裂隙寬度持續(xù)擴展;800℃時混凝土表面裂縫寬度均大于0.5mm,最大達0.705mm;PPHPC的表面裂縫數量較HPC0少。2、高強高性能混凝土高溫損傷細觀缺陷CT分析(1)高溫下高強高性能混凝土X射線CT圖像特征分析對不摻和摻0.2%聚丙烯纖維的C60和C80高性能混凝土進行CT掃描,得到各溫度下的CT圖片,分析隨著作用溫度升高,混凝土CT圖像的變化特征。試驗結果表明:隨著作用溫度升高,HPC0和PPHPC內部微結構是不斷劣化的,但兩者劣化規(guī)律不一致。400℃前,HPC0內部微結構隨著溫度升高逐步劣化;PPHPC微結構在300℃前變化不明顯,400℃時變化顯著。(2)高溫下高強高性能混凝土孔隙參數統(tǒng)計分析研究孔隙的數量、面積和平均孔隙直徑隨溫度的變化規(guī)律。試驗結果表明:隨著作用溫度升高,混凝土內部孔隙數量、孔隙面積和孔隙平均直徑呈增加趨勢;對于同一強度等級混凝土,在任何溫度作用下,原生孔隙多的混凝土,其孔隙數量和面積均比原生孔隙少的大,但其增長率低;PPHPC的閾值溫度是500℃。(3)高溫下高強高性能混凝土孔隙分形維數分析引入分形理論,采用差分盒維數法研究C60和C80高性能混凝土微結構變化分形規(guī)律。試驗結果表明:隨著作用溫度升高,HPC的分形維數基本上呈增大趨勢;在任何溫度下,C60 PPHPC的分形維數均大于HPC0,C80 PPHPC的分形維數在500℃高溫作用前小于HPC0。(4)高溫下高強高性能混凝土裂縫演化規(guī)律分析把C60高性能混凝土各溫度下某特定層CT圖中的裂縫單獨提取出來,定量觀測與分析裂縫的形態(tài)、數量、長度、寬度及面積和周長隨溫度變化的規(guī)律,并與C80混凝土裂縫特征進行對比分析。試驗結果表明:隨著作用溫度升高,混凝土內部裂縫的長度、寬度、面積和周長基本上呈增大趨勢;HPC0和PPHPC的裂縫參數、形態(tài)和發(fā)展規(guī)律不同。(5)高溫下高強高性能混凝土孔隙演化規(guī)律分析從混凝土CT圖像中挑選出四個孔隙進行分析,研究孔隙直徑和面積隨溫度變化演化規(guī)律。試驗結果表明:隨著溫度升高,單個孔隙的直徑會擴大或縮小;多個單獨小孔會融合成大孔,孔隙面積發(fā)生變化。3、高強高性能混凝土高溫損傷微觀缺陷掃描電鏡分析(1)孔隙結構掃描電鏡分析借助掃描電鏡技術研究高強高性能混凝土內部孔隙結構隨溫度變化的演化規(guī)律,孔結構包括孔隙面積比和孔徑分布兩個參數。試驗結果表明:隨著作用溫度升高,C60HPC的孔隙面積比是增大的;與HPC0相比,PPHPC的孔隙面積比較大;C60HPC的小孔(0.05μm)和過渡孔(0.05~0.10μm)的孔隙占比呈減小趨勢,大孔(0.1μm)占比呈增加趨勢。(2)裂縫掃描電鏡分析研究高性能混凝土內部裂縫隨溫度變化的演化規(guī)律。試驗結果表明:混凝土內部裂縫隨溫度升高發(fā)展,裂縫寬度增加,500℃時相互貫通;裂縫發(fā)展趨勢與CT試驗所觀測的相一致。
【學位授予單位】：太原理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TU528

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