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《不同幾何尺寸纖維混雜增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料的研究》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫(kù)。
1、同濟(jì)大學(xué)混凝土材料研究國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室博士學(xué)位論文不同幾何尺寸纖維混雜增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料的研究姓名：王成啟申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別：博士專業(yè)：材料學(xué)指導(dǎo)教師：吳科如20030901同濟(jì)大學(xué)博士學(xué)位論文摘要隨著現(xiàn)代工程結(jié)構(gòu)向大跨度，高聳、重載方向發(fā)展，高強(qiáng)混凝土已得到廣泛應(yīng)用。水泥基復(fù)合材料的固有的弱點(diǎn)是脆性大，隨著水泥基復(fù)合材料的強(qiáng)度的提高，水泥基復(fù)合材料的固有的弱點(diǎn)更加突出．采用纖維與水泥基材料復(fù)合是改善水泥基復(fù)合材料的性能和制備高性能水泥基復(fù)合材料的有效途徑．纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料增強(qiáng)機(jī)理的研究是實(shí)現(xiàn)這一途徑的理論基礎(chǔ)．目前，纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料的增強(qiáng)理論主要有：纖維間距理論、復(fù)合力
2、學(xué)理論和多縫開(kāi)裂理論。本文對(duì)這三種理論進(jìn)行了討論與分析，指出了三種理論均存在一定的局限性．纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料的增強(qiáng)理論還需要不斷完善與發(fā)展．由于水泥基復(fù)合材料具有多層次結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，而用于增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料的纖維也具有多尺度的特點(diǎn)，因而，本文提出了從不同層次結(jié)構(gòu)的水泥基復(fù)合材料與不同幾何尺寸纖維增強(qiáng)作用的匹配關(guān)系的角度來(lái)探討纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料的增強(qiáng)理論的新思路．本文選用了碳纖維、微細(xì)鋼纖維、普通鋼纖維三種不同尺寸的纖維，分別研究它們?cè)诓煌Y(jié)構(gòu)層次的水泥基復(fù)合材料(凈漿、砂漿、混凝土)中的增強(qiáng)作用，查明了不同幾何尺寸纖維與其對(duì)水泥基復(fù)合材料不同層次結(jié)構(gòu)增強(qiáng)作用效果之間的關(guān)系
3、。在此基礎(chǔ)上，對(duì)不同幾何尺寸的纖維在水泥基復(fù)合材料的不同層次結(jié)構(gòu)上的混雜增強(qiáng)效應(yīng)進(jìn)行了試驗(yàn)與分析．探索開(kāi)發(fā)高性能水泥基纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的新途徑．目的在于為纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供一定理論基礎(chǔ)．研究了碳纖維、微細(xì)鋼纖維、普通鋼纖維三種不同幾何尺寸纖維對(duì)凈漿基體增強(qiáng)作用效果。測(cè)試了不同水膠比的不同幾何尺寸纖維凈漿的力學(xué)性能，研究表明了凈漿基體組成對(duì)不同幾何尺寸纖維凈漿的力學(xué)性能產(chǎn)生重要影響．從不同幾何尺寸纖維凈漿力學(xué)性能，聲發(fā)射，荷載與撓度曲線幾個(gè)方面，系統(tǒng)比較了三種不同幾何尺寸纖維對(duì)凈漿的增強(qiáng)作用．發(fā)現(xiàn)了纖維直徑在凈漿中的增強(qiáng)作用具有顯著差異，具有纖維增強(qiáng)尺寸效應(yīng)．
4、根據(jù)斷裂力學(xué)理論，證磺了不同凡何尺寸纖維在凈漿中的增強(qiáng)尺寸效應(yīng)，并研究了不同幾何尺寸纖維凈漿的長(zhǎng)期力學(xué)性能，表明了凈漿基體強(qiáng)度的變化會(huì)導(dǎo)致超細(xì)纖維碳纖維凈漿的長(zhǎng)期力學(xué)性能下降。研究了碳纖維、微細(xì)鋼纖維、普通鋼纖維三種不同幾何尺寸纖維對(duì)砂漿基體增強(qiáng)作用效果．試驗(yàn)研究了碳纖維、微細(xì)鋼纖維，普通鋼纖維三種不同幾何尺寸纖維砂漿的力學(xué)性能，并與三種不同幾何尺寸纖維凈漿的力學(xué)性能進(jìn)行比較．研究表明了細(xì)骨料的含量對(duì)不同幾何尺寸纖維砂漿的纖維增強(qiáng)作用效果有明顯影響．著重研究了砂膠比對(duì)不同幾何尺寸的纖維對(duì)砂漿的增強(qiáng)作用的影響，發(fā)現(xiàn)了砂膠比的變化對(duì)不同幾何尺寸纖維的增強(qiáng)作用具有不同的作用效果．隨
5、著砂膠比的增加，碳纖維與微細(xì)鋼纖維同濟(jì)大學(xué)博士學(xué)位論文的增強(qiáng)作用不斷減小，而普通鋼纖維的增強(qiáng)作用不斷增加。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)砂漿中也存在纖維增強(qiáng)的尺寸效應(yīng)．采用斷裂表面能理論，探討并分析了該幾何尺寸效應(yīng)的機(jī)理．研究了碳纖維，微細(xì)鋼纖維、普通鋼纖維三種不同幾何尺寸纖維對(duì)混凝土基體增強(qiáng)作用效果。測(cè)定了不同骨料粒徑的不同幾何尺寸纖維混凝土的力學(xué)性能，這些參數(shù)包括劈拉強(qiáng)度(fl。)、斷裂韌性(1【。。)、斷裂能(G，)．發(fā)現(xiàn)了不同幾何尺寸的纖維的增強(qiáng)作用與骨料粒徑問(wèn)具有一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系。骨料粒徑對(duì)碳纖維的增強(qiáng)作用沒(méi)有顯著的影響，但對(duì)微細(xì)鋼纖維和普通鋼纖維的增強(qiáng)作用產(chǎn)生一定的影響。研究了水膠比對(duì)不
6、同幾何尺寸纖維混凝土的力學(xué)性能的影響，結(jié)果表明了在混凝土基體中它們的增強(qiáng)作用對(duì)水膠比的變化具有不同的敏感性．對(duì)不同幾何尺寸纖維混凝土的劈拉強(qiáng)度、抗彎性能進(jìn)行了系統(tǒng)的比較與分析，表明了纖維的幾何尺寸對(duì)混凝土的增強(qiáng)作用有重要影響。分析了不同幾何尺寸纖維混凝土的荷載與撓度曲線和聲發(fā)射特性，發(fā)現(xiàn)了不同直徑的纖維對(duì)混凝土的裂前與裂后具有不同的增強(qiáng)、增韌作用。隨著纖維直徑的不斷減小，纖維對(duì)混凝土的裂前增強(qiáng)作用不斷增加．表明了在混凝土申也存在顯著的纖維增強(qiáng)尺寸效應(yīng)。比較并分析了不同幾何尺寸纖維混凝土的斷裂特性，并根據(jù)纖維橋接應(yīng)力理論，推導(dǎo)出纖維混凝土申纖維的脫粘能與拔出能公式，驗(yàn)證7在混凝
7、土中的纖維增強(qiáng)幾何尺寸效應(yīng)。在研究碳纖維、微細(xì)鋼纖維、普通鋼纖維三種不同幾何尺寸纖維在凈漿、砂漿、混凝土中的增強(qiáng)作用效果的基礎(chǔ)上，研究了它們?cè)趦魸{、砂漿、混凝土中的混雜增強(qiáng)效應(yīng)．發(fā)現(xiàn)了在凈漿層次中宜采用尺度較小的單一纖維增強(qiáng)，而在砂漿和混凝土中不同幾何尺寸的纖維具有一定的混雜增強(qiáng)效應(yīng)．探討并分析了不同幾何尺寸的纖維混雜增強(qiáng)作用的機(jī)理，并提出了纖維幾何混雜增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料的概念．這為開(kāi)發(fā)高性能水泥基復(fù)合材料提供了一條有效途徑．最后，建立了幾何混雜纖維混凝土的物理模型，模型與試驗(yàn)結(jié)果相一致。關(guān)鍵詞：幾何尺
