超高韧性水泥基复合材料热膨胀性能及导热性能的研究

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超高韧性水泥基复合材料(Ultra High Toughness Cementitious Composites,简称UHTCC)是一种新型高性能纤维混凝土,具有卓越的韧性和优良的耐久性能。目前国内外关于UHTCC的研究主要集中在其力学性能、收缩等方面,而对UHTCC热性能的研究则少有报道。水泥水化热的存在或遭遇高温,都会使混凝土内部产生温度梯度,导致不均匀变形和较大的内应力,从而促使微裂缝进一步扩展、渗透性增大、耐久性下降。此外,为了推广UHTCC在实际工程中的应用,需要确保它能够与钢筋及混凝土均能共同工作、协调变形,以获得优良的防裂、分散裂缝能力,以及更高的承载力。因此,对UHTCC热膨胀性能和导热性能的研究就显得非常重要。本文分别采用光纤光栅传感器法、差示热膨胀法以及应变片法测量了两种配合比配制成的UHTCC以及混凝土在25℃-70℃温度区间内的热膨胀系数(Coefficient ofThermal Expansion,简称CTE),将三种测量方法加以对比,对可能影响试验结果的因素进行分析。比较了混凝土和UHTCC的热膨胀系数,分析了UHTCC热膨胀系数较低的原因。结合已有研究成果,分析了UHTCC与混凝土和钢筋共同工作、协调变形的性能。采用防护热板法测量了UHTCC的导热系数,对UHTCC的导热过程进行模拟,分析了试件不同时刻、不同部位的温度情况,对热膨胀系数测试中试件的加热过程加以验证。结果表明:在25℃-70℃温度区间内,UHTCC的热膨胀系数介于7~9×10-6℃C-1之间,而混凝土的热膨胀系数约为9.1×10-6-1,钢筋的热膨胀系数约为12×10-6℃C-1,均与UHTCC相差不大,说明在热荷载作用下,UHTCC能够与混凝土及钢筋达到变形协调,共同工作。采用防护热板法测得UHTCC的导热系数为0.529w/m·k,低于混凝土和砂浆。对UHTCC试件的热传导模拟表明,光纤光栅法和应变片法测量热膨胀系数时的加热过程较为合理。
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