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《大连理工大学》 2011年
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多因素影响下低温混凝土抗冻临界强度的研究

刘润清  
【摘要】:混凝土耐久性一直是土木建筑材料领域关注的重点问题,随着研究的逐步深入,研究人员发现,由于混凝土所处的使用环境和自身所采用材料的不同,外界因素对混凝土耐久性的影响程度各不相同。从地域环境角度来划分,影响混凝土耐久性的主要因素可以简略地概括为南锈北冻,即在南方湿热地区主要需要防止混凝土内部钢筋的锈蚀,而北方寒冷地区则主要防止混凝土冻害。在北方混凝土如果在早期遭受冻害产生损伤,这种损伤即使经过后期标准养护也无法恢复,这将给混凝土的耐久性带来永久性伤害。因此,如何有效避免混凝土冬季施工中的早期受冻破坏,成为北方混凝土研究的热点与难点。 低温混凝土专家多年来的研究已经形成结论,保证混凝土在遭受冻害之前达到抗冻临界强度是预防混凝土冻害的最有利措施。因此,如何确定不同混凝土的抗冻临界强度值成为低温混凝土工程领域研究的重点内容。工作者多年研究经验发现,低温混凝土抗冻临界强度的确定受三个主要方面的因素影响,即低温混凝土抗冻临界强度的确定评价方法、低温混凝土的材料组成和低温混凝土所处的受冻环境。 传统低温混凝土抗冻临界强度确定的评价方法为抗压强度法,主要基于低温混凝土冻后抗压强度发展的情况来确定其抗冻临界强度,而现阶段混凝土的应用,由于结构工程安全需要,更注重其后期的耐久性。针对这一问题,本文基于对低温混凝土后期耐久性能影响的考虑,提出了抗冻性能评价方法,确定了在该评价方法下低温混凝土抗冻临界强度的取值,研究了这种评价方法与传统中抗压强度评价方法对低温混凝土抗冻临界强度取值的影响,以及由于评价方法不同造成抗冻临界强度取值不同的作用机理。研究表明两种评价方法下,低温混凝土抗冻临界强度取值的总体趋势为:抗冻性能法抗压强度法;由于多种因素的交叉影响,在两种评价方法下,部分配合比混凝土呈现出完全相同的抗冻临界强度需求。 传统低温混凝土的主要材料组分研究中,由于受矿物掺合料早期水化活性弱的局限,仅在大体积低温混凝土中进行掺合料应用的研究,缺乏掺合料对普通体积混凝土抗冻临界强度影响的研究。本文分别在混凝土中掺加10%、15%、20%的粉煤灰、5%、8%、10%的硅灰,以及双掺15%的粉煤灰和5%的硅灰,通过改变掺合料的组分以及掺合料的掺量研究其对低温混凝土抗压强度的发展和抗冻性能的影响,确定不同配合比的情况下混凝土抵抗早期冻害所需要的抗冻临界强度,并通过低温混凝土孔结构状态分析以及“二级骨料”和“三集团效应”理论假设,研究了掺合料对低温混凝土抗冻临界强度作用的机理。研究表明:不论在何种受冻环境中,双掺15%粉煤灰和5%硅灰的混凝土早期抗冻害能力最好。 传统低温混凝土抗冻临界强度研究所考虑的环境因素主要为温度,忽略了对于低温混凝土冻害具有重要影响的水份含量。针对这一问题,本文在混凝土受冻环境中,综合考虑冻害温度和含水状态两方面因素的影响,将混凝土受冻环境分别设置为:一次气冻、一次水冻和多次冻结(气冻水融)三种环境。文中研究了不同配合比混凝土在三种受冻环境中抵抗早期冻害所需要的抗冻临界强度,并通过孔结构状态分析了不同受冻环境对于低温混凝土的破坏机理。研究表明,三种环境下混凝土抵抗早期冻害对抗冻临界强度需求的大小顺序总体趋势为:一次水冻环境多次冻结环境≥一次气冻环境。 本文在对多种因素影响下低温混凝土宏观性能的分析基础上,结合多种因素影响下低温混凝土内部孔结构分布状态和SEM图像,从微裂缝扩张导致受压面积变化角度研究了两种评价方法对低温混凝土抗冻临界强度影响的作用机理;从掺合料二级骨料和微集团的效应研究了掺合料对低温混凝土抗冻临界强度影响的作用机理,从混凝土内部孔结构分布状态研究了受冻环境对低温混凝土抗冻临界强度影响的作用机理。确定复杂状态下低温混凝土的抗冻临界强度,为冬季混凝土安全、经济施工提供理论指导和技术支撑。
【学位授予单位】:大连理工大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:TU528

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【引证文献】
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10 陈伟力;电炉钢渣应用于水泥和混凝土的关键技术开发研究[D];华南理工大学;2011年
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