纳米材料混凝土检测方法，混凝土碳化深度检测方法-产品设计-韩韩H5开发

前言

与静荷载相比，在实际工程中，建筑物和结构在使用过程中受到越来越多的破坏荷载，因此对混凝土结构在动疲劳荷载作用下的性能研究非常有必要，并且随着一代又一代，相关的研究工作也日趋成熟。越来越完整了。

背景

近年来，在混凝土中添加纤维材料和纳米材料已成为热门话题，在众多材料中，PVA纤维具有优异的拉伸强度、弹性模量、耐酸碱腐蚀性能。由于更符合混凝土材料特性的材料自然而然地进入了土木工程领域，本文选择PVA纤维和纳米SiO2作为外加剂，研究混凝土的抗疲劳性能能提高多少。

目前，关于在混凝土中添加PVA纤维和纳米SiO2如何影响材料的抗疲劳性能的研究还很少，但单独添加或一定量混合添加这两种外加剂都可以提高混凝土的抗疲劳性能。可显着改善混凝土的抗疲劳性能，该材料的抗疲劳性能在实际工程中具有很大的应用价值，因此非常需要研究。

本文对P组、S组、SP组混凝土试件进行不同次数的疲劳循环试验，并进行疲劳后单轴压缩试验，并将数据结论进行分析，作为PVA纳米纤维抗疲劳性能的评价指标。做。最后，测试结束后，利用SEM扫描电镜采集标本，观察微观形貌并分析作用机理，微观机理与宏观现象吻合良好。

实验概述

浇筑试验混凝土所用材料为冀东牌PO425R普通硅酸盐水泥、细度系数28的天然河砂、粒径530mm的连续级配碎石、烟台市自来水、灰坝等。被用作外加剂。品牌混凝土早强降低剂、引气剂均由建筑外加剂厂生产，外加剂PVA纤维由开元化工科技有限公司生产。材料参数列于表1。纳米SiO2混合物由科泽金属材料有限公司生产，材料参数见下表2。

按表3确定混凝土配合比。本实验设计的混凝土水灰比为0410，混合PVA纤维体积分数为01，采用质量分数为10的纳米SiO2代替水泥。值得注意的是，本次实验中的外加剂用量为前期实验得到的用量。

综合考虑试件类型、疲劳时间、应变率、试验周期等因素，判断设计合理，设计36个试件组，每组3个，共108个100mm100mm300mm的方形试件。

由于PVA纤维在混凝土中分散良好，在浇注掺有PVA纤维的混凝土时，只需将纤维放入搅拌机中，干拌30秒左右，然后加水和外加剂搅拌即可。与水混合并搅拌混合。为了便于表达测试结果，测试编号的分配方法解释如下，如表5所示。

以PVA纤维混凝土为例，其经历了10000次疲劳循环，应变率为10-4s-1，其数量记为PF2D2。

标准养护后，混凝土试件首先进行了数周的疲劳试验，所用试验设备为SDS500电液伺服动静态万能试验机。

采用非金属超声波检测仪检测并记录混凝土试件疲劳前和50000次循环、10000次循环、20000次循环和40000次循环后的相对动弹性模量。

疲劳试验完成后，采用YAW-2000D微机控制的电液伺服压力试验机进行单轴压缩试验，综合考虑动载下混凝土的应变速率和机器本身的性能，10-5s-1和设计10-4s-，恒速施加1和10-3s-1三组应变速率直至试件断裂，同时测量试件的强度和最大应变。

测试结果与分析

混凝土试件组在经历不同疲劳时间后单轴压缩试验中的破坏模式如下图1所示，各试件组在三种应变率下的破坏现象和几何形状基本相同，故仅选取D2组。这是一个例子来说明。

从照片可以看出，从损伤模式来看，不同疲劳次数的同组试件的损伤模式没有明显差异，而不同组混凝土试件的损伤模式差异较大。

仅含纳米SiO2的S组混凝土试件受损时，大块混凝土断裂，爆裂声变大，且应变越大，声音越大。这种损坏现象会导致明显的脆化。

P组和SP组混凝土试件损伤时出现较多的碎片剥落和纵向裂缝，且与S组较大的爆裂声不同，这两组试件的损伤声音较沉闷，相对沉闷。相比之下，SP组损坏时的声音一般比较沉闷，同时存在应变越大声音越大的规律。您还可以听到纤维被拉开的声音。PVA纤维实际上可以对提高混凝土的抗裂性能起到有效的作用。

相对动弹性模量可以反映混凝土内部损伤和劣化的程度，图2为素混凝土和经历不同疲劳次数的P组、S组、SP组混凝土的相对动弹性模量试验数据。

从图中可以看出，三组拌合混凝土的相对动弹性模量均随着疲劳时间的增加而减小，且三组的变化趋势基本一致。经过15个疲劳循环后，P组、S组和SP组试件的相对动弹性模量分别下降了107、97和86。

根据15万次循环后的相对动弹性模量，由于25万次循环再次疲劳，三组试件的相对动弹性模量分别下降了68、72和69，各曲线组显示总体开始下降，下降速度较快，后来缓慢下降。

另外，从图中可以清楚地看出，三组外加剂中混凝土的相对动弹性模量下降速度比一般混凝土慢得多，说明三组外加剂对改善混凝土的相对动弹性模量有重要作用。疲劳。掺杂PVA纤维和纳米SiO2对混凝土及混合料抗损伤性能的改善效果大于单独掺杂纳米SiO2，也大于单独掺杂PVA纤维。

另外可以看出，随着疲劳次数的减少，三组拌合混凝土的相对动弹性模量降低率与一般混凝土有显着差异。每组的线图几乎是平行的，这表明任何混合物的影响主要在疲劳的早期阶段明显，并且随着内部裂纹的发展和材料中发生损坏，这种影响减弱。

相同应变率下不同试件组的抗压强度变化图和相同应变率下不同试件组的抗压强度变化图分别如下图3和图4所示。

不难看出，随着疲劳恢复的增加，混凝土试件的抗压强度呈下降趋势，并接近线性形状；在相同的应变速率下，S组的抗压强度从无疲劳时的54717MPa逐渐下降到54717MPa。各级最大压力为45813MPa。

P组的抗压强度从无疲劳的48520MPa逐渐下降到40464MPa，各阶段均呈现最小，这是因为仅掺入纳米SiO2的混凝土密度较高，在分子水平上略有差异。下面的作用机制对此进行了详细解释。

另外，如图3所示，三组中SP组的抗压强度下降最慢，这反映了上节中SP组具有最好的抗疲劳损伤能力的结论。

另外，学术界普遍认为加入PVA纤维后混凝土的抗裂性和耐寒性更加明显，而本试验也证明PVA纤维对混凝土抗压强度的提高实际上弱于纳米SiO2。因此，如果要提高寒冷地区以外的重复荷载建筑物的强度和承载能力，简单地掺杂纳米SiO2可能会收到更好的效果。

同组的任意一组混凝土都存在一个规律，即抗压强度随着应变率的增大而增大，从图4可以直观地看出。”。

用能量学来解释更容易混凝土施加外荷载的过程是一个能量输入过程，正常情况下，这个能量一部分转化为内能，一部分作为声能释放出来。当损坏时，一些较大的能量被用来增加每个内部单元的熵值。

最终，混凝土宏观尺度的裂缝发展并消失，如果外部能量输入速度过快，混凝土来不及充分扩展裂缝，从而增加了应力，增加了内能。从宏观角度来看，能量消耗导致更高的抗压强度和更大的断裂噪声。

外加剂作用机理分析

PVA纤维在混凝土中具有良好的分散性，在混凝土搅拌过程中能很好地分散在浆料的各个部位，对混凝土有良好的附着力，抗拉强度和伸长率良好，能起到很好的防止长径比发生的作用。有。混凝土出现裂缝。

为了更直观地呈现PVA纤维与纳米SiO2在混凝土中的作用机理，对混凝土试件的受损表面进行取样，并利用扫描电子显微镜观察其微观形貌，下图5为一组照片这。可见PVA纤维的功效。

在图5中可以看到PVA纤维的两种损伤模式拔出损伤和拔出损伤。

图5中，在拉动纤维时可以清晰地看到纤维受损的部分，同时还可以看到纤维表面附着了一些凝胶颗粒，体现出纤维与混凝土之间有良好的附着力。我要下班了.

一般混凝土本身的抗拉强度很弱，但加入PVA纤维后，其附着力和抗拉强度良好，减缓了混凝土裂缝的出现和进展。同时，纤维的存在在一定程度上改变了混凝土内应力的方向，将法向拉应力转化为摩擦剪应力，从而在宏观上提高了混凝土的损伤耐久性。

一般认为，纳米SiO2添加到混凝土中主要在两个方面发挥重要作用，一是尺寸。纳米材料一般是指尺寸为1100纳米的材料，致密混凝土的主孔隙半径约为1001000纳米，即使是高密度混凝土，主孔隙半径也在10100纳米左右。

这样，在混凝土中添加适量的纳米SiO2，可以通过填充这些微孔来提高混凝土的密度，从而使混凝土从宏观上表现出更高的抗压强度。

同时，由于纳米SiO2的化学性质，水泥在混凝土形成过程中发生水化反应，生成的产品除硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙外，还具有较强的CaOH2，CaOH2的存在量增加对混凝土的强度有负面影响，SiO2的引入可以与CaOH2反应生成水合硅酸钙凝胶，反应式如下。

水化硅酸钙可以通过填充混凝土内部间隙、改变界面过渡区的结构、提高密实度来增加混凝土的强度。

纳米SiO2的粒径更细，比表面积更大，因此反应进行得更彻底，填充效果更好。

下图6是一组SEM电镜扫描照片，可以演示纳米SiO2的作用。

对比图6，添加纳米SiO2后反应生成的水化硅酸钙流入并附着在混凝土内部的微孔中，改变了混凝土的微孔结构，使孔隙变得更小、更紧密；

从图6中可以看出，水合硅酸钙的平面排列非常均匀、致密，使得这种结构的压缩稳定性非常高。

图6中，针状钙矾石中也充满了水合硅酸钙，可以想象，如果没有它，这部分结构必然会弱很多。

实验结果

为了研究PVA纤维与纳米SiO2单独掺混和共混对混凝土抗疲劳荷载性能的影响，本文将实验对象分为三组，设计并完成了对照实验，得到以下结论。

两种外加剂都可以提高混凝土的抗疲劳性能，但添加纳米SiO2可以大大提高混凝土的密度和强度，添加PVA纤维可以提高混凝土的抗拉性和抗裂性，它们的方法不同。

掺入纳米SiO2的混凝土在受损时表现出明显的脆性特征，掺入PVA纤维的混凝土改善了延性和弹塑性性能，掺入PVA纤维和纳米SiO2的混凝土具有优异的抗疲劳性能。

三种搅拌方法对混凝土性能的改善更为明显，因为疲劳恢复低时初始混凝土内部裂纹的数量和宽度比疲劳恢复高时要小，而且疲劳恢复内部各构件之间的连接也较弱。混凝土更接近。010-1010

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