本科毕业论文--不锈钢与聚丙烯混杂纤维混凝土的性能研究.doc

1 绪论 1.1 概述 混凝土作为一种优良的水泥基材料，发展至今己有170多年的历史，水泥基材料是当今最大宗的人造建筑材料。强度一直是混凝土作为重要结构材料的主要性能指标，混凝土高强化是混凝土研究与发展多年来的努力方向，而用传统方法配制的高性能混凝土存在拉压比小、易产生塑性裂缝等问题，在混凝土基材中掺加各类纤维是提高混凝土韧性的最有效途径，是混凝土科学研究的热点。近年来纤维混凝土的理论研究和工程应用都有了长足的进展，但是远远不能满足实际工程的要求，尤其在严酷的自然条件下，纤维增强混凝土存在耐久性差等问题，影响其实际应用。因此进行新型混杂纤维增强混凝土的研究，具有十分重要的意义[1]。 混凝土是多相、多层次的复合材料，掺入单一纤维，只改善了混凝土某一层次的性能。为了从整体上提高混凝土的性能，所加入的纤维也应该是多层次的，即混杂纤维。有关混杂纤维的研究目前主要集中在玻璃纤维、尼龙、聚丙烯纤维与钢纤维的混杂。但由于钢纤维本身的抗化学侵蚀能力差，在盐城沿海岸区域的混凝土结构长期受到海风和海水的侵袭，水和盐分渗入混凝土，腐蚀钢纤维，引起混凝土剥落。海岸区域的尘土、水以及大气中氯化物和硫酸盐的含量也很高，容易引起纤维混凝土的失效。不锈钢纤维除了具有钢纤维的一般特点外，还具有耐腐蚀、耐高温等优点[2]。采用高弹性模量的不锈钢纤维可明显提高混凝土的强度，而低弹性模量的聚丙烯纤维掺入混凝土后可明显提高其韧性。通过纤维混杂，达到逐级阻裂与强化的功能。 1.2 纤维混凝土的发展背景 不锈钢纤维的开发国外始于60年代末，到70年代得到了广泛应用。我国从1979年开始着手研究用不锈钢纤维研制防静电布料。走过了从进口原料到原料国产化及成品出口的过程，这是纺织，兵工，电力等不同部门通力合作的结果[3]。钢纤维混凝土1914年在美国和日本就开始应用；1963年美国学者Romuidi从理论上阐明了钢纤维的作用机理；20世纪70年代我国引进这一技术，1992年有了钢纤维混凝土相应的设计与施工规程。钢纤维混凝土的最大优点在于大大提高了混凝土的抗裂强度和抗冲击韧性,每立方米混凝土中分散有数百万根钢纤维。因此可以用于有抗裂和承受冲击强度要求的各种构造物中。用钢纤维混凝土浇注的刚性屋面或防水设施,由于混凝土的抗裂性能大大提高,因而防漏性能良好,其寿命比“三毡四油”的传统卷材屋面延长数倍。早在1907-1908年间，前苏联就开始使用金属纤维增强混凝土，目前，钢纤维混凝土在公路桥梁，地下工程和房屋建筑的应用正逐步扩大，其中使用最多的是道路，机场跑道路面工程。美国已有百多个机场跑道使用钢纤维混凝土，其优点在于减薄了铺筑厚度，比普通混凝土路面可减薄35%～40%；可以加大裂缝间距，普通混凝土路面缩缝间距一般为5～6m，钢纤维可扩大到15～60m，而且可以不设路面的膨胀和纵缝。钢纤维混凝土抗裂性能好，无论高温热胀，冷雪冻融，车辆冲击和重复疲劳载荷作用，路面都不会出现剥落，因此路面寿命大为延长，养护维修远比普通混凝土优越。我国自20世纪70年代末开始对钢纤维混凝土进行了大量的工程应用和专题试验研究,成果表明,钢纤维混凝土中的钢纤维能阻止或延缓混凝土裂缝的发生和发展,可克服基体中的微观裂缝和缺陷产生的应力集中而引起的早期开裂；钢纤维混凝土与普通混凝土相比较,其抗折强度的变异系数降低,抗折强度和抗折疲劳强度则有较大的提高。由于钢纤维混凝土的良好抗裂性、抗弯性、耐冲击性和耐疲劳性,可使混凝土公路，桥面层厚度减少,伸缩缝间距加长,维修费用降低,寿命延长[4～6]。 聚丙烯具有密度小、熔点高、力学性能优越、易回收等优点。聚丙烯纤维属于合成纤维，它的价格低，弹性模量低，变形大，聚丙烯纤维混凝土的研究在国外还是近10年左右的事情。聚丙烯纤维对混凝土的强度影响不明显，但可显著提高混凝土的韧性、抗冲击性能、阻裂性和高耐久性，延缓钢筋锈蚀和抗爆性能等与韧性有关的物理性能。在混凝土中掺入聚丙烯纤维后能有效减少混凝土的塑性收缩裂缝。以前所研究纤维多限于钢纤维、碳纤维、玻璃纤维等种类，关于聚丙烯纤维的研究很少[7]。20世纪80年代中期,美国军队工程师团,为解决其军事工事的混凝土结构在炮弹、炸弹的轰击下易碎裂的问题,研制和开发了聚丙烯纤维混凝土。聚丙烯纤维作为一种次要的混凝土加强系统, 比较成功地解决了普通混凝土的弯拉强度低、塑性收缩大等问题, 从而提高了混凝土的耐久性。将聚丙烯纤维掺入普通道路混凝土可以大幅度提高混凝土的弯曲疲劳等路用性能。聚丙烯纤维不但能使混凝土的强度提高, 更主要的是在应力作用下,可成倍地提高混凝土的弯曲疲劳寿命。目前我国已有用于混凝土中的该类产品，为今后在工程中应用创造了必要条件。聚丙烯纤维是一种新型的混凝土增强纤维,被称为混凝土的“次要增强筋”,适用于路面桥面、衬里护壁、地坪等