摘要
超高性能混凝土（Ultra－High Performance Concrete，UHPC）是一种具有超高强度、高韧性和优异耐久性的新型水泥基复合材料，这些优异性能可使UHPC构件的尺寸和自重显著变小，抗震性和抗海水腐蚀性能明显提高。它通常采用超细辅助性胶凝材料、高效减水剂和钢纤维制备而成，显著地降低了水胶比、减小了孔隙率进而增加了基体密实性。然而，由于UHPC水胶比极低且剔除了粗骨料，收缩等问题依然存在，不能实现连续铺装，不能满足一些对材料性能要求高的场合，如钢桥面铺装；其次，纤维掺量基本不超过3%，韧性、强度整体性能也有待提高。针对在高掺量钢纤维UHPC研究领域的空白，本文通过一种聚合物表面活性剂的加入，调整钢纤维长径比，改善了混凝土的工作性能，实现了高掺量钢纤维的均匀分布。本文所制备的高掺量钢纤维UHPC，最高体积掺量7%，可应用于特种道路铺装，具有重要研究意义，为低收缩、高韧性UHPC的研究提供了新思路。论文对0~7%的钢纤维体积掺量下UHPC的收缩和力学性能进行了研究，取得的主要成果如下： （1）通过调整钢纤维长径比、水胶比及优化后的聚合物表面活性剂掺量成功制备出了流动性良好、纤维分布均匀的高掺量钢纤维UHPC。当水胶比为0.2、聚合物表面活性剂掺量为2%~2.5%时，调整钢纤维的长径比，通过12mm长纤维的单掺以及6mm短纤维和12mm长纤维的混掺，制备出满足工作性能的UHPC；研究发现当钢纤维长径比越小时，钢纤维更容易掺入UHPC基体中，6mm钢纤维的掺入能获得更好的工作性能。 （2）通过收缩薄板和碱骨料比长仪，研究了高掺量钢纤维对UHPC早期塑性收缩及干燥收缩的变化规律。试验结果表明高掺量钢纤维能够明显抑制UHPC的早期塑性收缩，防止混凝土早期塑性开裂；然而对于干燥收缩的影响有限，当钢纤维混掺总量达到3%时，钢纤维对自由干燥收缩的影响有限。 （3）研究了高掺量钢纤维对UHPC基本力学性能的影响，包括抗压抗折强度、弹性模量的变化规律。结果表示，高掺量钢纤维能明显提升UHPC的抗压抗折强度以及弹性模量，当钢纤维混掺总量达到7%时，抗压抗折强度相较素UHPC最多分别能提升40.9%和131%，而弹性模量相较于素UHPC最多能提升29.45%，此外，本文采用已有预测公式对本文弹性模量进行验证，证明经验预测公式同样适用于预测高掺量钢纤维UHPC的弹性模量。 （4）研究了高掺量钢纤维对UHPC韧性的影响，包括弯曲韧性、断裂韧性和冲击韧性。发现高掺量钢纤维对UHPC的韧性有显著地提升，弯曲韧性指标中，I5、I10、I20最大能达到素UHPC的12.7、25.4、39.4倍，断裂韧性指标中，高掺量钢纤维UHPC试件的断裂能最大能达到素UHPC的21.25倍，冲击韧性指标中，高掺量钢纤维UHPC试件的冲击韧性则最大能达到素UHPC的110倍左右。 （5）采用压汞法、场发射扫描电镜（SEM）研究了高掺量钢纤维对UHPC的孔隙率的影响并探讨了UHPC基体及纤维-基体界面微观组成和结构变化规律。发现本文所制备的高掺量钢纤维UHPC并不会使孔隙率增大，而只会在一定程度上影响孔径尺寸，这说明本文所制备的UHPC致密程度良好。
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