地聚物基陶瓷纤维混凝土高温性能的超声脉冲研究.pdf
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1、2 0 1 3 年 第 5期 (总 第 2 8 3 期 ) N u mb e r 5 i n 2 0 1 3 ( T o t a l No 2 8 3 ) 混 凝 土 Con c r e t e 理论研究 THEORE TI CAL I 己 ES EARCH d o i : 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 2 - 3 5 5 0 2 0 1 3 0 5 0 0 9 地聚物基陶瓷纤维混凝土高温性能的超声脉冲研究 任韦波 , 。许金余 1 I2 。白二雷 ( 1 空军工程大学 机场建筑工程系,陕西 西安 7 1 0 0 3 8 ;2 西北工业大学 力学与土木建筑学院,陕西
2、西安 7 1 0 0 7 2 ) 摘要: 以矿渣和粉煤灰为原料 , 陶瓷纤维为增强材料, 制备了地聚物基陶瓷纤维混凝土 , 通过超声波检测和抗压强度试验 , 研 究了不同温度等级 、 不同纤维掺量下地聚物基陶瓷纤维混凝土抗压强度 、 纵波波速和频谱特征的变化规律。 结果表 明: 高温后聚 物基陶瓷纤维混凝土内部结构受损, 致使穿过其中的声波波速减小, 主频降低, 频谱曲线出现畸变; 不同温度等级下, 聚物基陶瓷 纤维混凝土的残余抗压强度与纵波波速具有较好的正相关性; 声波测试信号的频谱特征较波速对高温损伤更为敏感; 掺入陶瓷 纤维后, 地质聚合物混凝土的高温性能得到明显改善 , 且纤维的相对最
3、佳体积掺量为 O 3 。 关键词: 地质聚合物混凝土;陶瓷纤维 ;高温;超声检测 ;频谱分析 中图分类号: T U 5 2 8 0 1 文献标志码: A 文章编号 : 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 3 ) o 5 0 0 3 1 - 0 4 S t u d y 0 n t h e h i gh t e m p e r a t u r e p e r f o r ma n c e o f g e o p o l y m e r b a s e d c e r a m i c f i b e r r e i n f o r c e d c o n c r e t e b y u
4、l t r a s o ni c pu l s e m e t h o d REN We i - b o1 XU J i n - y u1 ,2 9 BAIEr - l e i ( 1 D e p a r t me n t o f A i r f i e l da n dB u i l d i n g E n g i n e e ri n g , A i r F o r c e E n gi n e e ri n g U n iv e r s i t y , X i a l l 7 1 0 0 3 8 , C h i n a ; 2 C o l l e g e o f Me c h a n i
5、 c s a n d C i v i l A r c h i t e c t u r e , No r t h w e s t P o l y t e c h n i c U n i v e r s i ty, X i a n7 1 0 0 7 2 , C h i n a ) Ab s t r a c t : T h e g e o p o l y me r b a s e d c e r a mi c fi b e r r e i n f o r c e d c o n c r e t e Wa S p r e p a r e d b y s l a g , fl y a s h a n d
6、 c e r a mi c fi b e r Un d e r v a rio u s t e m- p e r a t u r e s a n d d i ff e r e n t v o l u me t r i c f r a c t i o n s o f c e r a mi c fi b e r , t h e c h ang e l a ws o f c o mp r e s s i v e s t r e n g t h, l o n g i t u d i n a l wa v e v e l o c i ty and f r e q ue nc y s p e c t r
7、um c h a r a c t e r i s t i c s we r e s t u di e d b y ul t r a s o n i c t e s t i n g an d c o mp r e s s i v e s tre n g t h t e s t i n g Th e r e s u l t s i n di c a t e d t h a t s i n c e the d a ma g e o f g e o p l y me r b a s e d c e r a mi c fi b e r r e i n f o r c e d c o n c r e t
8、e c a u s e d b y h i g h - t e m p e r a t u r e e x p o s u r e , the l o n gitu d ina l wa v e v e l o c i t y and ma i nfr e q u enc yd e c r e a s e , thefr e q u e n c y s p e c t r u m C O X V e s d i s t o r t T h e r ewa s ap o s i t i v e c o r r e l a t i o nb e t we en l o n g i tud i n
9、a l wa v e v e l o c i ty a n d r e s i d u a l c o mpr e s s i v e s tre ng t h u n d er di ffe r e nt t e mp e r a t u r e s Th e f r e q u e n c y s p e c t r u m c h a r a c t e ris t i c s o f a c o u s t i c s i gn a l s we r e mo r e s e n s i t i v e t o the d a ma g e t h a n l o n git u d
10、i n a l wa v e v e l o c i tyT h e a d d i t i o n o f c e r am i c fi b e r w i l l s i gni fi c ant ly i m p r o v e th e p r o p e r t i e s o f g e o p l y mer b a s e d c e r a mi c fib e r r e i nf or c e d c o n c r e t e a f t e r e l e va t e d t e mp e r a t u r e the r e l a ti ve o pti m
11、u m v o l um e t r i c f r a c t i o n wa s 0 - 3 K e ywor d s : g e o p o l y me r c o n c r e t e ; c e r a mi cfi b e r ; e l e v a t ed t e mp e r a t u r e ; u l t r a s o n i c t e s ti n g ; fre q u e n c y s pe c t r u m an a l y s i s 0 引言 地 质 聚合 物混 凝 土 ( g e o p o l y me r i c c o n c r e
12、t e , G C ) 是一 种 以地质聚合物为胶凝体材料 的新型高性能混凝土材料 , 相 比于普通硅酸盐水泥混凝土, G C具有更加优异的物理 、 力学 、 耐久性能 】 - 4 , 显示 出良好的应用前景 。 在 G C中掺人 增强纤 维 , 制得地质聚合物基纤维增强混凝土( g e o p o l y me r b a s e d fi b e r r e i n f o r e e d c o n c r e t e , G F C) , 是针对 G C改性研究 的一个 主要手段 , 对此国内外学者 已就常温下 G F C的相关 性能展开了研究, 并取得了一定的成果5 - 6 。 然而
13、, 工程中为 确保结构使用安全 , 还需要了解材料的高温性能, 但目前 针对 G F C高温性能的研究还相对较少 ,因而在一定程度 上限制 了 G F C的应用发展。 本试验 以水淬高炉矿渣和粉煤灰为原料 , 陶瓷纤维为 增强材料, 制备了地聚物基陶瓷纤维混凝z h ( g e o p o l y me r b a s e d c e r a m i c fi b e r r e i n f o r c e d c o n c r e t e , 简称 G C F C, 下 同 ) , 研 究 了不 同加热温度、 不同纤维掺量下 G C F C抗压强度 、 纵波波 速和频谱特征的变化规律 ,
14、为其今后的耐火设计及受火损 伤检测评估提供 了一定 的参考依据。 1试 验 概 况 1 1 原材料 基体材料: 韩城龙门钢铁有限公司生产的水淬高炉矿渣 ( 比表面积为4 9 1 6 m2 , 2 8 d 活性指数i9 5 ) ; 韩城第二发 电厂生产的I 级粉煤灰; 泾阳县石灰岩碎石( 5 1 0 m i l l , 1 5 ; 1 0 - - 2 0 m n l , 8 5 ) ; 灞河中砂( 细度模数为 2 8 ) ; 化学纯氢氧 化钠片状固体( 纯度9 7 ) ; 液体硅酸钠( 模数为 3 1 3 4 , S i O 含量i2 6 0 , N a 2 0含量8 2 , 以质量分数计 )
15、。 收稿 日期 :2 0 1 2 1 1 _ o 9 基金项 目:国家 自然科学基金资助项 目( 5 1 0 7 8 3 5 0 ) ; 国家 自然科学基金资助项目( 5 1 2 0 8 5 0 7 ) 31 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 相对纵 波坡速 图 4 相对纵波波速与相对抗压强度的关系曲线 检测方式的限制 , 往往无法在现场直接对受火后的混凝土 结构进行残余抗压强度检测 , 而是根据 已有 的测强曲线 , 通 过测定穿过混凝土的超声波波速大小 , 间接推求出结构 的 受火 温度 范围及
16、强度损失 。 因此 , 构建高温后 G C F C的波 速一强度计算模型就显得十分必要。 图 4 为三种混凝 土相对纵波波速与相对抗压强度 ( 即 和 分别为高温前后试件的抗压强度) 的拟合关系 曲线 。 可以看出 : 随着波速的增大 , 抗压强度亦逐渐增大 , 两者具有较好的正相关性 ; 当相对纵波波速处于 0 7 0 8 时, 三种混凝 土强度 出现不 同程度的反弹 , 其相对抗压强度值 均 大于 1 0 ; 当相对纵 波波速处于 0 4 0 6 时 , 纤 维对基体 的增强作用逐渐显现出来 , G C F C 3 和 G C F C 2的残余抗 压强度较 G C F C 0明显提高; 此
17、后, 随着波速的下降 , 残余 抗压强度不 断减小 , 纤 维的增 强效果 亦逐渐减弱 , 当相对 纵波波速降至 O 2附近时 , 三者 的强度损失均 已达 9 0 以 1 0 墨 。 薹 o 0 频率 k Hz ( a ) G C F C O ( 常 温) 上。 经 回归分析 , 得到基于本试验原材料和配合 比的 G C F C 波速一强度计算模型 , 如式( 1 ) 所示 。 - 0 7 4 7 + 5 3 5 9 ( v 4 v 0 ) 一 5 0 1 6 ( V 4 V o ) 1 4 1 2 ( v 4 v 0 ) 。 ( R2 =_ 0 9 2 6 2 , GCF C 0 ) -
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- 关 键 词:
- 聚物基 陶瓷纤维 混凝土 高温 性能 超声 脉冲 研究
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