ECC混凝土的應(yīng)用PPT學(xué)習(xí)教案

1、會計學(xué)1ECC混凝土的應(yīng)用混凝土的應(yīng)用 匯報內(nèi)容1 ECC混凝土的背景2 ECC混凝土的物理力學(xué)性能3 ECC的其他性能4 ECC的破壞5 ECC目前在結(jié)構(gòu)工程中的應(yīng)用6 混雜鋼纖維增強超高性能水泥基材料第1頁/共55頁第2頁/共55頁第3頁/共55頁其組成材料包括纖維、水泥、砂、水、礦物摻合料和增稠劑，通常情況下水灰比小于05，纖維體積摻量不大于2，其構(gòu)件剖面見圖1，圖中黑色的圓形和橢圓形小點為纖維，白色為水泥基體，灰色為石英砂。試驗研究已經(jīng)證實第4頁/共55頁第5頁/共55頁第6頁/共55頁第7頁/共55頁第8頁/共55頁數(shù)增多；大連理工大學(xué)張英華等研究了增稠劑對ECC材料性能的影響，試驗

2、研究表明合理選擇增稠劑類型及合理的配合比設(shè)計，可以使ECC在具有良好的工作性能的同時在力學(xué)性能上也有定程度的提高；大連理工大學(xué)的高淑玲等試配了第9頁/共55頁第10頁/共55頁2.1 抗拉性能與應(yīng)變硬化第11頁/共55頁第12頁/共55頁第13頁/共55頁第14頁/共55頁第15頁/共55頁 增大，但不屈服，試件彎曲韌性較高，所以有文獻也稱ECC為bending concrete，即可彎曲混凝土。第16頁/共55頁3.1 自密實第17頁/共55頁高溫下高強混凝土常常發(fā)生爆裂。這主要是因為高強混凝土的內(nèi)部結(jié)構(gòu)比較致密，孔隙率較小，連通孔的數(shù)量更少，當其遭受快速升溫時，致密的硬化水泥漿體阻止了水蒸

3、氣的及時逸出，致使混凝土內(nèi)部孔洞里產(chǎn)生相當大的蒸汽壓力；當蒸汽壓力超過混凝土的抗拉強度時，就導(dǎo)致混凝土瞬間裂成大小不一的碎塊。ECC具有很好的耐火性，主要原因是PVA纖維會在高溫下溶解，從而形成水蒸氣的遷移通道，使ECC構(gòu)件中蒸汽壓得到釋放，避免水泥基體的分解和破壞。3.2 耐火性第18頁/共55頁第19頁/共55頁第20頁/共55頁 混凝土是一種復(fù)合的多相材料，內(nèi)部結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜。從宏觀結(jié)構(gòu)看，可以把混凝土看作是骨料分散在水泥漿基材中的二相材料，或者看成是粗骨料分散在砂漿中的材料。并且，當結(jié)構(gòu)尺寸大于粗骨料尺寸的四倍以上時，往往看作是均勻的各向同性材料。從微觀結(jié)構(gòu)看，水泥石是由水泥凝膠、氫氧化

4、鈣結(jié)晶、未水化的水泥顆粒、凝膠空隙、毛細管及孔隙水、空氣泡等組成。此外，水泥石的水化反應(yīng)還會延續(xù)相當長時間，毛細管中水分還會繼續(xù)蒸發(fā)，留下不少空隙與微細裂縫，因而混凝土從微觀上看是不均勻的多相材料。4 ECC的破壞第21頁/共55頁按照混凝土內(nèi)部微裂縫的發(fā)生、延伸、擴展直到混凝土發(fā)生破壞，大體上可以將這一變化過程分為四個階段： （1）原始微裂縫階段 在加載以前，由于水泥漿硬化干縮，水份蒸發(fā)留下裂隙等原因，在混凝土內(nèi)部形成原始微裂縫。這些微裂縫大多出現(xiàn)在粗骨料與砂漿結(jié)合的界面上，少部分出現(xiàn)在砂漿內(nèi)部。如果養(yǎng)護適當，即沒有出現(xiàn)宏觀的干縮裂縫的條件下，這些微裂縫是穩(wěn)定的，并且從統(tǒng)計觀點來看是均勻分散

5、的。 （2）裂縫的起裂 在加載不太大時，例如單軸壓應(yīng)力不超過極限抗壓應(yīng)力的3040%時，由于試件中某些孤立點上產(chǎn)生“拉應(yīng)力”集中，這時混凝土內(nèi)部的原始裂縫有一部分開始延伸或擴展，但都很短，數(shù)值微小。當這些微裂縫延伸或擴展后，應(yīng)力集中得到緩和并立即恢復(fù)了平衡。這一階段的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系基本上接近彈性關(guān)系，也有人稱為準彈性關(guān)系。在這一階段，如荷載保持不變就不會產(chǎn)生新的裂縫；當卸載時，有少量裂縫還能閉合。第22頁/共55頁（3）定裂縫的擴展階段 如果荷載繼續(xù)增加，但不超過某一臨界應(yīng)力(對單軸受壓來說應(yīng)力在7090%的抗壓強度以內(nèi))，則已有的裂縫便進一步延伸或擴展，有的伸入砂漿內(nèi)部，有些短的裂縫彼此相接引

6、起長的裂縫，同時有新的裂縫產(chǎn)生。這一階段應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系呈明顯的非線性關(guān)系。如果停止加載，裂縫的擴展也會停止，不繼續(xù)發(fā)展。因而可以稱為穩(wěn)定裂縫的擴展階段。（4）不穩(wěn)定裂縫的擴展階段 當加載超過臨界應(yīng)力，裂縫逐漸連接貫通，砂漿體內(nèi)的裂縫急劇增加，發(fā)展加快。這一階段，荷載保持不變時，裂縫也會自行繼續(xù)延伸和擴展，也即荷載保持不變也會導(dǎo)致破壞。因而任何長期荷載都不應(yīng)超過臨界應(yīng)力值。這一階段稱為不穩(wěn)定裂縫擴展階段。在這一階段，單軸受壓試件的體積不僅不縮小，反而開始膨脹。最后，貫通的裂縫將試件分裂成若干小柱，這時，當荷載減小時，變形還會繼續(xù)增加。第23頁/共55頁5.1 橋面板第24頁/共55頁 鋼板的剪力件

7、布置如圖8(a)所示，用來保證ECC和鋼板的黏結(jié)。ECC先在攪拌站拌和，通過大型攪拌車運到施工現(xiàn)場，然后進行二次攪拌。ECC每天澆筑約30 m3，整個橋面的澆筑量為800 m3。澆筑工藝如圖8(b)所示。第25頁/共55頁在交替荷載作用下，ECC-鋼筋復(fù)合結(jié)構(gòu)可以吸收大量的能量。如圖9所示，在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)建筑物中，利用與ECC復(fù)合來減震，于2004年和2005年分別在日本東京和橫濱得到應(yīng)用。在高層建筑的主框架結(jié)構(gòu)中，應(yīng)用這種復(fù)合結(jié)構(gòu)既能提高能量吸收能力，又能減少地震后的修補。設(shè)計時，考慮到結(jié)構(gòu)效應(yīng)，抗剪試驗采用1/2.5的尺寸。結(jié)果表明該構(gòu)件在周期荷載作用下具有特殊的性能，裂縫寬度小于0.3

8、 mm。5.2建筑物的減震圖9 建筑物減震構(gòu)件的預(yù)制第26頁/共55頁的上游表面(面積：500 m2)噴射了30 m的ECC保護層，厚度為30 mm，增強對已破壞混凝土表面的保護。每隔1.5 m2設(shè)置一鉸釘用來確保ECC和底層混凝土的緊密黏結(jié)。圖10 大壩表面ECC的噴射第27頁/共55頁第28頁/共55頁第29頁/共55頁圖12 擋土墻的表面修復(fù)第30頁/共55頁第31頁/共55頁5.6 高架橋的表面修復(fù)由于微縫結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的低氣體和液體滲透性，ECC期待用于延遲混凝土結(jié)構(gòu)的碳化。一般鐵路高架橋的表面的防碳化處理，采用有機漆類的襯砌。然而，由于經(jīng)受長期的交通荷載作用下裂縫的擴展(閉合作用)，襯

9、砌容易產(chǎn)生早期裂縫。2005年，10mm厚的ECC噴射于有彎曲裂縫的高架橋的梁上。鉸釘用于確保ECC和底層混凝的黏結(jié)。第32頁/共55頁在探索性試驗之前，對鋼筋混凝粱施加小應(yīng)力幅度的交替荷載，也就是假定其在鐵路交通荷載產(chǎn)生了彎曲裂縫。在交替荷載作用了1700萬次后，噴射ECC的鋼筋混凝土粱的裂縫寬度只有0.13 mm，僅為無ECC保護層的一半(0.25 mm)。ECC對混凝表面碳化的抑制作用也在加速碳化試驗中得到證實。第33頁/共55頁第34頁/共55頁6 混雜鋼纖維增強超 高性能水泥基材料第35頁/共55頁 混雜纖維增強水泥基復(fù)合材料是通過合理的材料設(shè)計，把不同性質(zhì)與不同尺度和優(yōu)點的纖維混雜

10、，在結(jié)構(gòu)形成和受力破壞過程中，它們將在不同階段相互取長補短與單一品種和單一尺度的纖維相比，混雜纖維增強水泥基復(fù)合材料具有更優(yōu)異的力學(xué)性能和耐久性能。采用不同幾何尺寸的壓痕鋼纖維和平直超細鋼纖維按一定比例混雜，可制備一種超高性能纖維增強水泥基復(fù)合材料(UHPFRCC)。第36頁/共55頁第37頁/共55頁硅灰：比表面積22 m2g，SiO：含量為95.48集料：普通河砂，最大粒徑2.5 mm，連續(xù)級配，細度模數(shù)2.36高效減水劑：Grace公司的量為總膠凝材料用量的2纖維：鞍山市昌宏鋼纖維廠生產(chǎn)平直型超細鋼纖維(SFl)；無錫市長征工程纖維有限公司生產(chǎn)壓痕型鋼纖維(SF2)2種Super-100

11、0 N，固體含量為40，減水率為45，2種纖維具體的性能參數(shù)見表2第38頁/共55頁6.2 配合比 本試驗保持基體配合比不變，纖維總體積率為3，研究SF與SF2混雜比例變化對超高性能水泥基材料性能的影響UHPCC的基體配合比如表3所示，各配合比的纖維摻量及工作性能見表4第39頁/共55頁第40頁/共55頁6.3 混雜鋼纖料對混凝土性能的影響6.3.1 纖維混雜對新拌漿體性能的影響 表4表明，摻入鋼纖維使砂漿的流動性降低，但是2種鋼纖維對新拌水泥漿體的流動性影響程度不同隨著壓痕形鋼纖維摻量的增加，新拌砂漿流動性能大幅度下降，這是由于纖維表面不光滑，對漿體的阻力較大；同時與SFl相比，其長度較長，

12、在漿體中更易于相互搭接形成空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，進一步阻止砂漿的流動，因此當2種鋼纖維混雜時，隨著較長的壓痕形纖維混雜比例的增加，新拌漿體的流動性能也相應(yīng)下降第41頁/共55頁圖14纖維混雜對抗壓強度的影響第42頁/共55頁第43頁/共55頁折強度是同齡期基體的3.1倍，90 d抗折強度是同齡期不摻纖維強度的3.7倍圖15 鋼纖維混雜對抗折強度的影響第44頁/共55頁圖16纖維混雜對UHPCC彎曲荷載位移曲線影響如圖16所示，混雜纖維的摻人明顯地提高了復(fù)合材料28和90 d初裂彎曲強度和極限彎曲強度，其中HF2的極限強度最高由于壓痕鋼纖維直徑較粗，長徑比較小，所以單摻SF2配合比的彎曲強度明顯低于單摻

13、SFl的強度，同時也低于相同齡期各混雜配比的強度圖4表明：5種材料的荷載一撓度曲線形狀相似，即受力過程內(nèi)部變化相似，且都具有較高的韌性，這與鋼纖維與基體的粘結(jié)第45頁/共55頁第46頁/共55頁圖17維混雜對抗拉強度的影響拉強度較高，纖維直徑小，長徑比大，纖維間距小，所以當兩者混雜時，由于界面粘結(jié)效應(yīng)、纖維間距效應(yīng)及2種效應(yīng)的復(fù)合疊加，從而2種纖維優(yōu)勢互補，使纖維混雜效應(yīng)更有效地發(fā)揮第47頁/共55頁式中， 為平均A面粘結(jié)強度；P為纖維拔出荷載；n為纖維根數(shù)；df為纖維直徑；lf為纖維埋人基體長度纖維增強水泥基復(fù)合材料中纖維與基體的界面粘結(jié)力是整個體系的薄弱部位在外力作用下，通常基體和纖維的變形不一致，沿纖維表面將產(chǎn)生剪力，而纖維周圍存在界面薄弱區(qū)，在界面薄弱區(qū)一定范圍內(nèi)，將形成連續(xù)裂縫，此時纖維脫粘開始，此荷載稱為脫粘荷載在此之前，荷載一位移基本上呈彈性變化。如圖18所示。第48頁/共55頁圖18維脫粘和拔出時所做的功纖維脫粘與拔出時所做的功是通過纖維拔出試驗中荷載一纖維拔出位移曲線下包圍的面積的積分來計算的，具體見下式式中，Wb為纖維脫粘與拔出時做的總功；Wb1為纖維脫粘做的功；Wb2為纖維拔出做的功與纖維拔出長度纖維的整個拔出過程可分為：完全彈性約束階段、局部脫粘階段和完全脫粘階段壓痕型鋼纖維從基體拔出的粘結(jié)力來自于3部分：物理和化學(xué)粘附力，這種力一般