纤维纳米混凝土及其高温中和高温后性能研究

（1）通过294个边长150mm纤维纳米混凝土立方体试块在不同龄期的抗压和劈拉试验、147个100mm×100mm×400mm梁式试件的弯曲和工作性能试验以及SEM微观分析，分别建立了考虑纳米材料和纤维影响的纤维纳米混凝土抗压、劈拉和抗折强度计算方法。（2）通过观察150个边长150mm纤维纳米混凝土立方体试块高温前后宏观形貌和高温前后的质量损失，建立了高温后纤维纳米混凝土质量损失率与温度的关系式。（3）通过450个边长150mm纤维纳米混凝土立方体试块高温后的抗压和劈拉试验、300个100mm×100mm×400mm纤维纳米混凝土梁式试块高温后的弯曲试验，分别建立了纤维纳米混凝土抗压、劈拉和抗折残余强度相对值与温度的关系式。（4）通过150个边长150mm纤维纳米混凝土立方体试块高温前后超声、回弹和抗压强度试验，建立了高温后纤维纳米混凝土超声回弹综合测强曲线及推定经历最高温度的公式。（5）通过306个150mm×150mm×300mm纤维纳米混凝土棱柱体试块在25-800℃后的单轴受压试验，建立了考虑温度、纳米材料掺量和钢纤维含量特征参数影响的纤维纳米混凝土轴压应力-应变曲线数学模型。（6）通过150个100mm×100mm×200mm纤维纳米混凝土棱柱体试块高温前后氯盐溶液浸泡干湿循环试验，建立了考虑温度、纳米材料掺量和钢纤维含量特征参数影响的纤维纳米混凝土氯离子含量计算公式。（7）通过852个高温中纤维纳米混凝土试块的抗压、劈拉、弯曲和轴压本构关系试验和扫描电镜SEM微观观察，研究温度、钢纤维体积率、混凝土强度等级、纳米SiO2（简称NS）掺量和纳米CaCO3（简称NC）掺量等对纤维纳米混凝土高温中力学性能和微观机理的影响，建立相应的理论计算模型。 2100433B

采用微细观复合的方法，将钢纤维、聚丙烯纤维和纳米同时掺入混凝土中形成纤维纳米混凝土，研究纤维纳米混凝土的工作性能、常温下力学性能、高温中和高温后力学与耐久性能，并利用微观测试方法对掺加纳米和纤维的混凝土材料进行微观物相分析，从微观层次上探讨高温后纤维纳米混凝土的增强机理。将试验研究与理论分析相结合，重点分析温度、纳米掺量、纤维体积率对高温中和高温后混凝土力学与耐久性能的影响，提出满足纤维纳米混凝土配合比设计要求的水胶比、砂率、水泥用量、纤维体积率、纳米矿粉掺量的取值范围和纤维纳米混凝土配合比设计方法，建立高温中和高温后纤维纳米混凝土本构关系模型和强度计算方法。本项目对丰富和发展纤维混凝土基本理论，推动纤维混凝土的工程应用具有重要的理论意义和实用价值。

混凝土的徐变特性与混凝土结构的力学形成、结构施工期开裂、预应力损失，乃至耐久性性能等的演化密切相关。低区高温，指结构混凝土处于的80~240℃的环境，这是一个高于常温，又与混凝土高温爆裂温度相比的相对较低的高温环境，简称为低区高温环境。一些特殊混凝土结构，如核容器结构、地热资源附近的地下结构在此环境下长期服役。本研究进行了低区高温条件下的结构混凝土徐变性能的试验研究、热-力损伤徐变模型理论研究，以及徐变预测模型应用，并且将研究对象从混凝土扩展到了在低区高温环境下有较少强度损失与较好热工性能的轻骨料混凝土，为其在低区高温环境下的应用打下基础。获得了常温、140℃、180℃，以及20%、40%两种应力水平条件下，普通混凝土、轻骨料混凝土的恒温加载、恒载升温、恒温恒载三种温度应力路径的徐变数据；获得了低区高温环境下的热-力损伤参数，并将徐变行为纳入早龄期混凝土本构关系，通过编制子程序在数值计算得以实现，以用于重要混凝土结构的性能预测。本项目应用前景有两个方面：一个是在核容器、地下结构等可能处于低区高温环境下的结构混凝土进行徐变预测；另一方面是在混凝土热-力损伤方面，在混凝土多场耦合领域，本研究建立的低区高温热-力损伤模型可作为温度场-应力场-徐变场-损伤场的多场耦合分析的低区高温徐变条件的组成部分。

耐高温纤维通常是指温度在250-～300。C范围内可长期使用的纤维，它应具备以下几个条件：

(1)常温时所具有的力学特性在高温时保持率较高。

(2)在高温下具有一定的耐热寿命。

(3)应具备纤维制品所必须持有的一般性能，如柔软性，弹性和加工性能等。

耐高温纤维又分无机耐高温纤维及有机耐高温纤维两大类。有机耐高温纤维相对于无机耐高温纤维而言，比豆小；强度和延伸度较大，因而断裂能也大，柔软性好，伸长时回弹率较高等特点。

在较长时间经受高温(例如200℃以上)尚能基本保持其原有的物理机械性能的化学纤维，高温下不软化、仍能维持一般力学性质的特种纤维，又称耐热纤维。这类纤维具有以下的基本特点：①熔点和软化点高；②纤维在高温下尺寸稳定；③大分子结构不易降解（长期使用温度在200℃以上）;④具有良好的耐水解和耐化学药剂等性能。耐高温纤维的制备工艺大多采用溶液缩聚和溶液纺丝法，少数用熔融缩聚或界面缩聚。