高温作用下碳纤维增强混凝土内部孔隙结构与动态力学特性研究

doi:10.19936/j.cnki.2096-8000.20220828.008

复合材料科学与工程 ›› 2022, Vol. 0 ›› Issue (8): 58-63.DOI: 10.19936/j.cnki.2096-8000.20220828.008

高温作用下碳纤维增强混凝土内部孔隙结构与动态力学特性研究

张景丽¹, 纠永志²

1.郑州科技学院土木建筑学院,郑州450064;
2.中原工学院建筑工程学院,郑州450007

收稿日期:2021-09-26 出版日期:2022-08-28 发布日期:2022-09-27
作者简介:张景丽(1984-),女,硕士,讲师,主要从事土木工程方面的研究,zhangjingli0000@163.com。
基金资助:
国家自然科学基金项目(51608548);河南省教育科学“十四五”规划2021年度一般课题(2021YB0359)

Study on internal pore structure and dynamic mechanical properties of carbon fiber reinforced concrete under high temperature

ZHANG Jing-li¹, JIU Yong-zhi²

1. School of Civil Engineering and Architecture, Zhengzhou University of Science and Technology, Zhengzhou 450064, China;
2. Institute of Construction Engineering, Zhongyuan Institute of Technology, Zhengzhou 450007, China

Received:2021-09-26 Online:2022-08-28 Published:2022-09-27

摘要/Abstract

摘要： 为研究不同长度(0 mm、3 mm、6 mm、12 mm)碳纤维增强混凝土在高温(25 ℃、100 ℃、200 ℃、400 ℃)作用下内部孔隙结构变化及动态力学特性,采用核磁共振(NMR)技术分析试件T₂谱分布及孔隙率变化情况,并利用霍普金森压杆对不同高温作用下混凝土试件开展动态单轴冲击压缩试验,分析碳纤维长度、温度对混凝土动态力学性能的影响。结果表明:纤维长度为6 mm时对混凝土增强效果最好,温度升高会减小试件的强度和质量;碳纤维增强混凝土T₂谱曲线为双峰型,纤维长度为0 mm时试件T₂谱峰值最大,孔隙数量最多,纤维长度为6 mm时峰值最低,纤维的掺入能有效减少孔隙数目;随着温度的升高,T₂谱峰值增高,试件内部孔隙数目随之增加,孔隙率变大,温度效应造成了试件的劣化;碳纤维的掺入能增强试件动态抗压强度,有效减小极限应变,温度的上升会对碳纤维增强混凝土造成损伤,降低其动态抗压强度与应变率效应,DIF随之降低。

关键词: 碳纤维增强混凝土, 高温, 核磁共振, 孔隙数目, SHPB, 动态力学特性

Abstract: In order to study the changes of internal pore structure and dynamic mechanical properties of carbon fiber reinforced concrete with different lengths (0 mm, 3 mm, 6 mm and 12 mm) under high temperature (25 ℃, 100 ℃, 200 ℃ and 400 ℃),the T₂ spectrum distribution, pore diameter and porosity of the specimen were analyzed by nuclear magnetic resonance (NMR), the dynamic uniaxial impact compression tests of concrete specimens under different high temperatures are carried out by using Hopkinson compression bar, and the effects of carbon fiber length and temperature on the dynamic mechanical properties of concrete are analyzed. The results show that when the fiber length is 6 mm, the reinforcement effect of concrete is the best, and the increase of temperature will reduce the strength and quality of specimens. The T₂ spectrum curve of carbon fiber reinforced concrete is bimodal. When the fiber length is 0 mm, the T₂ spectrum peak value of the specimen is the largest, the number of pores is the largest, and the peak value is the lowest when the fiber length is 6 mm. The addition of fiber can effectively reduce the number of pores. With the increase of temperature, the peak value of T₂ spectrum increases, the number of pores in the specimen increases, the porosity increases, and the temperature effect causes the deterioration of the specimen. The addition of carbon fiber can enhance the dynamic compressive strength of specimens and reduce the ultimate strain. The rise of temperature will cause damage to carbon fiber reinforced concrete, reduce its dynamic compressive strength and strain rate effect, and DIF will decrease.

Key words: carbon fiber reinforced concrete, high temperature, nuclear magnetic resonance, number of pores, SHPB, dynamic mechanical properties

中图分类号:

TB332

张景丽, 纠永志. 高温作用下碳纤维增强混凝土内部孔隙结构与动态力学特性研究[J]. 复合材料科学与工程, 2022, 0(8): 58-63.

ZHANG Jing-li, JIU Yong-zhi. Study on internal pore structure and dynamic mechanical properties of carbon fiber reinforced concrete under high temperature[J]. COMPOSITES SCIENCE AND ENGINEERING, 2022, 0(8): 58-63.

参考文献

[1] MA Q M, GUO R X, ZHAO Z M, et al. Mechanical properties of concrete at high temperature A review[J]. Construction and Building Materials, 2015, 93: 371-383.
[2] 彭小芹, 马铭彬, 吴芳. 土木工程材料[M]. 3版. 重庆: 重庆大学出版社, 2013: 76.
[3] 陈磊, 李彬, 滕桃居, 等. 混凝土高温力学性能分析[J]. 混凝土, 2003(7): 26-28.
[4] 胡婧. 纤维高强混凝土耐久性试验研究[D]. 郑州: 郑州大学,2018.
[5] 赵庆新, 董进秋, 潘慧敏, 等. 玄武岩纤维增韧混凝土冲击性能[J]. 复合材料学报, 2010, 27(6): 120-125.
[6] CHEN W G, ZHU H T, HE Z H, et al. Experimental investigation on chloride-ion penetration resistance of slag containing fiber-reinforced concrete under drying-wetting cycles[J]. Construction and Building Materials, 2021, 274: 121829.
[7] 张丽辉, 刘建忠, 周华新, 等. 聚甲醛纤维对混凝土性能的影响[J]. 混凝土与水泥制品, 2018(1): 58-62.
[8] 刘露, 侯帅, 吴静, 等. 聚甲醛纤维增强混凝土抗折性能研究[J]. 武汉纺织大学学报, 2013, 26(3): 35-38.
[9] 侯帅, 王文年, 曾宪森, 等. 聚甲醛纤维增强混凝土劈裂抗拉强度的研究[J]. 武汉纺织大学学报, 2013, 26(3): 39-42.
[10] 王伯昕, 黄承逵. 大直径合成纤维增强混凝土抗冲击性能的研究[J]. 建筑材料学报, 2006(5): 608-612.
[11] 贾方方, 贺奎, 安明喆, 等. 粗合成纤维活性粉末混凝土抗弯韧性试验[J]. 建筑科学与工程学报, 2014, 31(3): 79-84.
[12] HSIE M, TU C, SONG P S. Mechanical properties of polypropylene hybrid fiber-reinforced concrete[J]. Materials Science and Engineering a-Structural Materials Properties Microstructure and Processing, 2008, 494(1-2): 153-157.
[13] 张恩, 路国运, 杨会伟, 等. 聚丙烯纤维增强橡胶混凝土工作性能及力学性能试验研究[J]. 混凝土, 2021(3): 86-89.
[14] ALBERTI M G, ENFEDAQUE A, GALVEZ J C. The effect of fibres in the rheology of self-compacting concrete[J]. Construction and Building Materials, 2019, 219: 144-153.
[15] 史才军, 何稳, 吴泽媚, 等. 纤维对UHPC力学性能的影响研究进展[J]. 硅酸盐通报, 2015, 34(8): 2227-2236, 47.
[16] 杨富花, 石宵爽, 栾晨晨, 等. 聚甲醛纤维增强地聚物再生混凝土的力学性能研究[J]. 新型建筑材料, 2021, 48(5): 52-56, 70.
[17] 李曈, 张晓东, 范锦泽, 等. 高吸水树脂玄武岩纤维混凝土力学性能试验研究[J]. 玻璃钢/复合材料, 2019(12): 29-33.
[18] 张培辉, 方圣恩, 洪华山. 不同纤维增强混凝土力学性能和破坏形态对比试验[J]. 玻璃钢/复合材料, 2019(6): 73-79.
[19] 陈宝春, 林毅焌, 杨简, 等. 超高性能纤维增强混凝土中纤维作用综述[J]. 福州大学学报(自然科学版), 2020, 48(1): 58-68.
[20] DEY V, KACHALA R, BONAKDAR A, et al. Mechanical properties of micro and sub-micron wollastonite fibers in cementitious composites[J]. Construction and Building Materials, 2015, 82: 351-359.
[21] 国家市场监督管理总局, 国家标准化管理委员会. 水泥混凝土和砂浆用合成纤维: GB/T 21120—2018[S]. 北京: 中国标准出版社, 2018.
[22] 李传习, 聂洁, 石家宽, 等. 纤维类型对混凝土抗压强度和弯曲韧性的增强效应及变异性的影响[J]. 土木与环境工程学报(中英文), 2019, 41(2): 147-58.
[23] 中华人民共和国国家发展和改革委员会. 水工混凝土断裂试验规程: DL/T 5332—2005[S]. 北京: 中国电力出版社, 2006.
[24] 徐世烺, 吴智敏, 丁生根. 砼双K断裂参数的实用解析方法[J]. 工程力学, 2003(3): 54-61.
[25] 王志杰, 李瑞尧, 徐君祥, 等. 混杂复合纤维高性能混凝土断裂性能研究[J]. 路基工程, 2020(3): 81-85.
[26] 金轶凡, 陶燕, 柴栋, 等. 玄武岩纤维混凝土三点弯曲梁的断裂性能[J/OL]. 土木与环境工程学报(中英文): 1-8[2021-09-15]. http://kns.cnki.net/kcms/detail/50.1219.TU.20210802.0848.002.html.
[27] 孔德成, 安明喆, 贾方方. 聚丙烯粗纤维超高性能混凝土的断裂性能[J]. 公路, 2021, 66(5): 281-285.

高温作用下碳纤维增强混凝土内部孔隙结构与动态力学特性研究

Study on internal pore structure and dynamic mechanical properties of carbon fiber reinforced concrete under high temperature

PDF (PC)

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

参考文献

相关文章 15

编辑推荐

Metrics

本文评价

[1]	张仲香, 刘宝锋, 方晨鑫, 陈文光, 顾育慧, 李军向. 沙戈荒环境下风电叶片中复合材料耐高温性能研究[J]. 复合材料科学与工程, 2024, 0(3): 103-107.
[2]	曹雨函, 郭姝含, 欧阳俊杰, 孔繁淇, 王付胜. 高温预损伤对碳纤维复合材料冲击后压缩剩余强度影响规律研究[J]. 复合材料科学与工程, 2023, 0(6): 30-36.
[3]	赵苏政, 张文. 温度对不同掺量纤维混凝土孔隙结构劣化影响分析[J]. 复合材料科学与工程, 2023, 0(5): 59-64.
[4]	刘玉娟, 王丽娟. 短切碳纤维增强混凝土动态抗拉性能研究[J]. 复合材料科学与工程, 2022, 0(9): 97-101.
[5]	倪洪江, 李军, 邢宇, 戴霄翔, 张代军, 陈祥宝. 航空发动机用T800级碳纤维增强聚酰亚胺复合材料制备及性能[J]. 复合材料科学与工程, 2022, 0(5): 46-51.
[6]	刘燕峰, 刘青曼, 陈旭. 高温固化松香基环氧树脂碳纤维增强复合材料性能研究[J]. 复合材料科学与工程, 2022, 0(4): 40-44.
[7]	张振雷. 纳米SiO₂对玄武岩纤维/混凝土高温后力学性能的影响[J]. 复合材料科学与工程, 2022, 0(4): 62-67.
[8]	梁恒亮, 陈静, 刘宇, 张寿春. 新型树脂基复材热防护结构制造技术研究[J]. 复合材料科学与工程, 2022, 0(3): 96-103.
[9]	梁恒亮, 陈玉龙, 周洪飞. 耐温350 ℃以上复合材料外涵机匣模拟件的研制[J]. 复合材料科学与工程, 2022, 0(2): 112-118.
[10]	王迎芬, 潘翠红, 周洪飞, 孙占红. 国产CCF800H碳纤维增强耐高温双马树脂基复合材料的力学性能[J]. 复合材料科学与工程, 2022, 0(11): 114-119.
[11]	刘露, 何康. 冻融作用下短切玄武岩纤维混凝土损伤演化及动态力学性能研究[J]. 复合材料科学与工程, 2022, 0(10): 13-19.
[12]	贾静恩, 张彬. 玄武岩纤维混凝土孔隙结构表征及劈裂拉伸试验研究[J]. 复合材料科学与工程, 2022, 0(10): 63-69.
[13]	刘永胜, 曹立阳, 张运海, 曹晔洁, 王晶, 董宁. 高超声速飞行器热防护用超高温复合材料的研究进展[J]. 复合材料科学与工程, 2022, 0(10): 107-118.
[14]	陈波, 翁少东, 温卫东, 杨兴林. 单向碳/碳复合材料高温拉伸行为失效机理研究[J]. 复合材料科学与工程, 2021, 0(2): 89-94.
[15]	梁恒亮, 周洪飞, 孙珂汉. T300/BMP370复合材料的成型工艺及其性能研究[J]. 复合材料科学与工程, 2021, 0(12): 95-98.