纤维自密实混凝土收缩徐变性能研究

The addition of fibers to self-consolidating concrete (SCC) attracts extensive attention of many researchers. At present, there are no worldwide codes or specifications for visco-elastic properties of SCC, therefore, the study of creep and shrinkage behaviors became a critical issue to be solved. In this investigation, according to the characteristics of different fibers and the SCC technologies, the process of micro-deformation and the deformation mechanism of SCC incorporates with various fibers will be studied based on the micro- and physic-chemical analysis methods. The structural characterizations of interfacial zone between fibers and hardened cement paste will be analyzed, and the anti-cracking and tenacity increasing mechanism will then be established. The creep and shrinkage behaviors will also be investigated in order to clarify the relationship between the mixture proportioning and the micro structural deformation. The influences of concrete mix design parameters on autogenous shrinkage, drying shrinkage, and creep in compression will then be revealed. The creep and shrinkage prediction models will be proposed and the anti- volume changing measures will also be established. The fiber reinforced SCC (FRSCC) mix design methods will be proposed. Furthermore, the investigation will establish a logical relationship between micro-perspective study on deformation mechanism and macro-performance evaluation on volume changing. This project has important theoretical value and practical meaning, and it will has great contributions on updating the hardened properties, especially for visco-elastic properties of SCC worldwide specifications.

纤维在自密实混凝土中的应用近年来引起了国内外学者的广泛关注。目前，国际上暂无自密实混凝土尺寸稳定性规范，收缩、徐变性能研究成为亟待解决的关键性问题。本项目结合自密实混凝土技术特点及不同纤维材料特性，采用材料微观测试及物化分析方法，研究自密实混凝土与不同纤维作用下材料微观变形过程、混凝土硬化变形规律，分析纤维与水泥石间界面结构特征，确立纤维增韧抗裂机理。同时，对收缩、徐变性能进行系统实验研究，阐明纤维自密实混凝土组成、微观结构与尺寸变形之间的相互关系原理，揭示配合比参数对自收缩、干燥收缩以及受压徐变的影响规律，建立收缩、徐变预测模型，制定混凝土体积变化抑制对策，提出有变形抑制作用的纤维自密实混凝土优化设计方法，从混凝土微观结构变形机理出发进而建立其与宏观尺寸变形性能的逻辑关系。本项目具有广泛的理论研究价值及巨大工程实用性，对于国际自密实混凝土硬化性能规范的修订具有极其重要的学术价值。

不同种类纤维在自密实混凝土中的使用，除改善混凝土的力学性能外，更重要的是提高其抗裂能力，拓展其应用范围。项目主要围绕纤维自密实混凝土收缩、徐变性能进行研究，系统研究了多种不同性质的纤维单独或同时掺入混凝土中所产生的混杂、协同和超叠加效应；研究了自密实混凝土与各种纤维混合作用情况下的材料微观变形、混凝土硬化变形规律。主要研究成果包括：. 1）在对碳纤维、纤维素纤维复合自密实混凝土的性能研究中发现：（1）工作性能测试：研究结果表明碳纤维对工作性能的影响大于纤维素纤维；单掺和混杂均降低自密实混凝土工作性能。（2）力学性能测试：研究结果表明单掺和混杂均能够有效改善混凝土脆性破坏形态，提高劈裂张拉、抗压、弹性模量。（3）掺入纤维素纤维和碳纤维能够降低混凝土裂缝平均开裂面积和单位面积上总开裂面积，细化裂缝，有效控制裂缝产生较大的应力集中现象。（4）掺入纤维素纤维和碳纤维能够降低自密实混凝土收缩及徐变，尤其是早期塑性收缩。研究结果表明，12mm碳纤维对收缩徐变抑制最优掺量为2.72kg/m3，而纤维素纤维最优掺量是1.6kg/m3。（5）利用纤维间距理论和复合材料理论对纤维在混凝土中的作用进行阐述，在保证纤维能够在水泥基材料均匀分散，不同性能的材料共同发挥作用前提下，混凝土的耐久性能能够提高；从纤维间距理论分析，当纤维在水泥材料中处于三维乱向分布，纤维中心间距大于7.6mm时，纤维的增强、抗裂、增韧效果明显。（6）扫描电镜和X射线三维重构实验结果表明单掺或混杂均匀分散在混凝土中的纤维能够改善混凝土微观孔结构、与水泥基粘结紧密。. 2）在对聚丙烯纤维、聚乙烯醇纤维和玄武岩纤维复合自密实混凝土的性能研究中发现：（1）单一掺入0.9kg/m3聚丙烯纤维，0.9kg/m3聚乙烯醇纤维，4kg/m3玄武岩纤维会降低混凝土强度，但能提高混凝土的劈裂抗拉强度。（2）玄武岩纤维、聚丙烯纤维、聚乙烯醇纤维三者两两混杂加入混凝土中能明显提高混凝土的劈裂抗拉强度，减小混凝土收缩徐变。