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表面能对水泥基材料断裂能及强度的影响

作　者: 孙志伟
导　师: 赵铁军；F.H.Wittmann
学　校: 青岛理工大学
专　业: 结构工程
关键词: 表面能表面张力水分含量断裂能抗压强度收缩膨胀硅烷防水处理
分类号: TU528
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

混凝土等水泥基材料的劣化、服役寿命过早衰减及失效已成为世界性的难题,并引起国内外混凝土科学与工程界的密切关注。在众多劣化因素中,水、海水及其它盐溶液的侵入是水泥基材料耐久性降低的重要原因之一。水泥基材料长期、或短期与海水、水及其它盐溶液接触,都会使材料表面能改变。表面能是产生单位表面积所需要的能量,并会随着材料中水分含量,或侵入液体表面张力的变化而改变,这种表面能的变化会影响到材料的性能,如断裂能、强度等。而断裂能则是混凝土非线性断裂力学的重要参数;抗压强度也是混凝土力学性能的一个重要指标,强度的损失直接关系到建筑物的使用性能及安全。本文以砂浆、混凝土和PVA-SHCC三种水泥基材料为研究对象,采用抗压强度试验、楔形劈裂试验、三点弯曲试验、四点弯曲试验(对SHCC材料)和自由收缩试验研究不同水分含量和不同浸泡液体表面张力情况下的水泥基材料断裂能、应变软化、强度及收缩膨胀性能。此外,本文还利用硅烷防水剂对混凝土进行防水处理,研究了防水处理对水浸泡和海水浸泡混凝土断裂能及强度的影响。试验结果表明:砂浆与混凝土的断裂能及抗压强度随着水分含量的增加和浸泡液体表面张力的增大而降低,在全干燥状态下砂浆的表面能最高,相应断裂能和强度也最大;海水浸泡后断裂能及强度分别降低35%和25%左右;随着浸泡液体表面张力的增大,砂浆的膨胀应变线性增加;对于PVA-SHCC,全干燥状态下强度最高,但是韧性降低,硬化段变短,断裂能相对较小,但干燥后SHCC随着水分含量的增加其断裂能逐渐增大;NaCl溶液浓度越高,溶液表面张力越大,NaCl溶液浸泡混凝土的表面能就越小,相应断裂能及强度都会降低;对于掺有初始NaCl的混凝土,NaCl掺量(用水量比)从0%增加到3%强度增大10%,再到5%,23.4%(4mol/l)强度依次减小,而断裂能随着NaCl掺量的增加总体呈现降低趋势。硅烷防水处理可以有效防止水或海水的侵入,提高混凝土表面能,进而提高混凝土的断裂能,但是防水处理对抗压强度的作用不明显。

全文目录

摘要  8-9
Abstract  9-11
第1章绪论  11-17
  1.1 研究背景  11-13
  1.2 本文研究问题的提出  13
  1.3 国内外研究现状  13-15
  1.4 本文研究的目的和内容  15-17
第2章表面能、断裂能及防水处理的相关理论研究  17-29
  2.1 表面能相关理论  17-23
    2.1.1 Griffith断裂理论与表面能  17-20
    2.1.2 慕尼黑模型  20-22
    2.1.3 荷载作用下混凝土裂缝发展与表面能的关系  22-23
  2.2 断裂能及应变软化参数  23-27
  2.3 硅烷防水处理技术  27-29
第3章相关试验方法  29-39
  3.1 断裂能试验  29-35
    3.1.1 楔形劈裂试验  30-32
    3.1.2 三点弯曲试验  32-33
    3.1.3 四点弯曲试验  33-35
  3.2 自由收缩试验  35-36
  3.3 试验数据处理  36-39
    3.3.1 原始数据处理  36
    3.3.2 平均曲线拟合及CONSOFT软件  36-39
第4章表面能与砂浆断裂能、强度及收缩膨胀的关系  39-48
  4.1 砂浆试验原材料及配合比  39
  4.2 试验方法及流程  39-40
  4.3 结果分析与讨论  40-47
    4.3.1 表面能对砂浆强度、断裂能及应变软化的影响  40-45
    4.3.2 表面能对砂浆收缩膨胀性能的影响  45-47
  4.4 本章小结  47-48
第5章表面能与混凝土断裂能及强度的关系  48-65
  5.1 试验原材料及混凝土配合比  48
  5.2 试验方法及流程  48-49
  5.3 试验结果  49-55
    5.3.1 水分含量及海水表面张力对混凝土断裂能及强度的影响  50-53
    5.3.2 NaCl溶液表面张力对混凝土断裂能及强度影响  53-54
    5.3.3 初始NaCl含量对混凝土断裂能及强度的影响  54-55
  5.4 结果分析与讨论  55-64
    5.4.1 水分含量对混凝土强度、断裂能及应变软化的影响  55-58
    5.4.2 水、海水表面张力对混凝土强度、断裂能及应变软化的影响  58-60
    5.4.3 NaCl溶液表面张力对混凝土断裂能及强度的影响  60-62
    5.4.4 初始NaCl含量对混凝土强度、断裂能及应变软化的影响  62-64
  5.5 本章小结  64-65
第6章水分含量与PVA-SHCC断裂能及强度的关系  65-72
  6.1 PVA-SHCC试验原材料及配合比  65-66
  6.2 试验方法及流程  66-67
  6.3 结果分析与讨论  67-70
  6.4.本章小结  70-72
第7章硅烷防水处理、表面能、断裂能及强度的关系  72-80
  7.1 试验原材料及配合比  72
  7.2 试验方法及流程  72-73
    7.2.1 硅烷防水处理对水、海水浸泡混凝土断裂能及强度的影响  72-73
    7.2.2 硅烷溶液浸渍防水处理对砂浆及混凝土强度的影响  73
  7.3 结果分析与讨论  73-79
    7.3.1 硅烷防水处理对混凝土断裂能及强度的影响  73-77
    7.3.2 硅烷溶液浸渍防水处理对砂浆及混凝土强度的影响  77-79
  7.4.本章小结  79-80
第8章结论、建议及展望  80-84
  8.1 本文研究的主要结论  80-81
  8.2 对实际工程的建议  81-82
  8.3 本文研究的创新点  82
  8.4 本研究的不足及展望  82-84
参考文献  84-90
在学期间发表的学术论文及参与的项目  90-92
致谢  92

表面能对水泥基材料断裂能及强度的影响

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