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复掺矿物掺合料混凝土性能及抗裂机理、微观特性研究

田野  
【摘要】: 结构混凝土在正常使用荷载作用之前产生的早期裂缝将严重影响结构物的外观与耐久性,这已经是导致工程结构破坏的重要原因之一。有针对性的配制具有良好抗裂性能的复掺矿物掺合料混凝土,从理论到试验综合研究混凝土早期开裂问题,对于减少甚至避免混凝土结构的早期裂缝的产生、提高混凝土工程耐久性、降低维护成本、延长混凝土结构使用寿命、保证混凝土工程的质量与安全具有重要意义。 以往对混凝土早期开裂的研究,着重对混凝土收缩等单方面的研究,而且大多数的研究成果仍处于定性分析阶段,定量的分析研究还很少。因此通过理论分析与试验研究,本文开展了以下几个方面的研究工作: 1.从混凝土的早期开裂机理研究入手,分别分析了复掺矿物掺合料混凝土的力学性能、弹性模量、收缩性能、极限拉应变、温度场随龄期发展规律及其对复掺矿物掺合料混凝土早期开裂的影响,推导出混凝土环应力公式,提出了混凝土环应力与龄期发展的增量计算方法,并预测了混凝土环的开裂龄期,建立了分析混凝土早期开裂的理论模型,并通过工程实际验证模型的可行性与可靠性。 2.通过碳化深度试验与氯离子渗透试验分析复掺矿物掺合料混凝土的耐久性。 3.通过电镜扫描试验与X射线衍射试验,分析复掺矿物掺合料混凝土不同龄期的微观组织结构与化学成分。从微观角度探讨复掺矿物掺合料的高性能混凝土具有良好抗裂性能的机理。 通过对复掺矿物掺合料混凝土抗裂性能的综合分析研究,得出如下成果: 1.聚丙烯腈纤维混凝土的抗压强度、弹性模量略低于同条件不掺纤维混凝土,但掺入纤维对改善混凝土的收缩性能具有比较明显效果,同时建议采用五参数指数方程表征混凝土干燥收缩随龄期发展规律。 2.混凝土弯拉极限拉应变的发展过程可以划分为下降期、上升期与平稳期三个阶段,建议采用指数表达式来表征上升期与平稳期混凝土的弯拉极限拉应变随龄期的发展规律,并提出了特征龄期的概念。研究表明掺入纤维可以缩短混凝土极限拉应变的特征龄期,提高混凝土的早期抗裂性能增长速度。 3.建立水泥水化模型时须将水泥颗粒水化微观结构模型与宏观水化动力学有机结合,将本文建立的水泥水化模型与数值模拟方法相结合,可较精确地预测混凝土温度场随时间的演化规律。 4.在分析混凝土早期抗裂机理时应综合分析收缩、温度、徐变、极限拉应变、弹性模量等因素的影响,在此基础上本文所推导的混凝土环应力随龄期发展的增量计算方法可准确预测混凝土环的开裂龄期,对实际工程的研究表明,本文采用动态分析方法所建立的混凝土开裂预测模型具有良好的适用性,同时证明本研究配制的混凝土具有良好的抗裂性能。 5.适量复掺矿物掺合料,可使混凝土具有良好的抗碳化性能和抗氯离子渗透性能。适量复掺矿物掺合料也可改善混凝土微观结构,改善Ca(OH)_2的形貌。 本研究中所取得的研究成果将为隧道、地下工程等基础设施混凝土工程的设计、施工、管理等提供理论与试验依据。


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