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《武汉理工大学》 2010年
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水泥混凝土组成材料的热相互作用与热再生体系的研究

玄东兴  
【摘要】:本课题系统评价了水泥混凝土材料体系在环境服役温差(20℃-85℃)和高温条件(至900℃)下组成相间的热相互作用。通过测量并分析组成相的热变形特性,探讨了从热相互作用角度设计水泥混凝土的材料组成和进行性能调控的原理与方法。根据混凝土组成相在高温下的热相互作用规律,提出了废弃混凝土热再生高效利用的方法,并指出制备含脱水相复合胶凝材料的可行性。 课题研究主要包括三大主要部分,即(a)测试水泥混凝土组成相的热变形特性,揭示不同组成相由于温度变化而产生变形的规律;(b)观测和探讨在环境服役温差下和高温下混凝土结构的亚微观热致损伤规律,并分析混凝土结构的热损伤机理,提出环境服役温度范围内具有热抵抗能力耐候混凝土材料组成的设计方法;(c)利用混凝土组成相高温下的热相互作用和高温化学变化,研究高效热回收废弃混凝土,并制备高品质再生骨料和新型胶凝材料的可行性。 第一部分的主要研究结果如下: 在环境服役温差和高温条件下,混凝土材料体系中主要相硬化水泥浆和集料之间呈现热变形的差异,这种差异的大小依赖于温度范围、硬化水泥浆的组成和集料的类型。 硬化水泥浆的热膨胀性能是由孔溶液、孔结构和水化后固体网络共同作用,在环境服役温差下饱和状态硬化水泥浆的热膨胀性能取决定于温度,养护期龄和限制孔液量。 矿物和纤维可以改善升温阶段的热膨胀,但同时会产生热循环后的收缩;苯丙乳液和丁苯乳液对热变形的改善效果良好,但需要考虑最佳掺量。设计热改性的外掺物硬化水泥浆,不仅仅需要考虑温升产生的热膨胀,而且还需要注意热循环后的收缩性能。 第二部分的主要研究结果如下: 在环境服役温差下,由于混凝土组成相间热不相容性的存在,随着热循环次数越多,热疲劳微裂纹逐渐产生并扩展,最终导致性能逐步下降。在经过120次热循环后,混凝土试件的抗压强度值下降了30%。 在高温下砂浆和石灰石集料的热膨胀系数呈现温度的依赖性。在室温-170℃内粗集料界面区呈现热致拉应力,而在170℃-800℃呈现热致压应力,这导致了切线和射线热致微裂纹出现在不同的温度范围。 第三部分的主要研究结果如下: 根据水泥浆体和骨料热膨胀的差异性及高温化学反应,提出利用热处理高效分离制备优质骨料和得到活化砂浆的技术路线。 由于热处理回收水泥砂浆中的脱水相具有再水化的特性,通过结合工业废弃物粉煤灰、磷石膏和少量水泥,可以制备不同等级的干混建筑砂浆。 硬化水泥浆的脱水条件和初始水灰比决定了脱水水泥浆的再水化特性。结合工业废弃物粉煤灰和少量化学添加剂,通过优化配合和工艺,可获得良好性能的脱水相-工业废渣胶凝材料体系。
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