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《武汉理工大学》 2002年
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高性能混凝土抗裂性能及其机理的研究

胡建勤  
【摘要】: 近二十年来,国内外高度重视高性能混凝土的研究和开发。传统混凝土的设计主要考虑强度指标,忽视了混凝土的耐久性。工程实例表明,很多混凝土过早破坏的原因是因为耐久性差。然而,混凝土的开裂、渗漏是引起混凝土耐久性不良的最重要因素之一。目前,解决混凝土开裂的方法是综合的,我们调查研究了混凝土开裂的原因,开发研制了高性能抗裂外加剂,优化混凝土的设计和施工方法,并通过补偿收缩达到混凝土体积稳定,提高抗裂强度,满足混凝土拌和物高工作性能的要求。本研究采用多种测试技术,应用表面物理化学、结构化学、固体化学、复合材料学、断裂力学等多学科的理论与方法,从不同的角度进行深入的研究和探讨。 通过调查研究建筑工程中出现的混凝土开裂、渗漏问题,发现混凝土在非荷载作用下开裂主要是由混凝土的自收缩、干燥收缩、温度收缩、塑性收缩、碳化收缩等各种收缩变形引起的。各种收缩变形叠加后,混凝土的限制收缩值超过极限拉伸率导致裂缝的产生。混凝土浇筑初期开裂主要是温度变形和自收缩引起,后期开裂则主要是因干缩所致。 本文讨论了粉煤灰、矿渣、杜拉纤维对混凝土膨胀性能的影响,在补偿收缩混凝土中,掺合料使其膨胀率减低,杜拉纤维可以提高混凝土的体积稳定性,显著提高劈拉强度。施工和养护对混凝土抗裂防渗性能有重要影响;对于复合抗裂防水高性能混凝土,湿养护时间不宜低于14天。 为了全面地考虑原材料、施工、养护、抗拉强度和极限拉伸率等因素对混凝土抗裂性能的影响, 利用数学概率分析方法,引入体积开裂概率的概念评估混凝土的抗裂性能。 应用材料复合技术,无机-有机多组份复合,研制出一种新型复合抗裂材料,提高混凝土的抗裂防渗性能,且满足混凝土的强度和工作性要求。同时,提出一套完整的制备抗裂高性能混凝土的技术方法。通过系统深入的理论分析,运用多种现代分析测试手段,从材料各组份间的物理化学作用入手,系统研究材料中各组分与结构性能之间的关系,各相之间化学反应和各相分布状态,在已知的化学反应动力学和反应机理的基础上,探明材料增强和抗裂原理, 胡建勤:高性能混凝土抗裂性能及其机理的研究 实现材料性能可设计的目的。 无机增强抗裂材料WJ 掺入普通混凝土中,在水化硬化过程中 生成一定量的微膨胀结晶体,降低空隙率,改善混凝土中孔结构分 布。其膨胀驱动力是凝胶尺寸的晶体钙矾石吸水肿胀和结晶状钙矾 石对孔隙产生膨胀压的共同作用。当WJ掺量为8%一12儿 在钢筋和 邻位的限制下,使混凝土产生0.02%——一0.06%的膨胀率,可在结构 内建立自应力值 a/ 0.2-0.6 MP a,抵消了混凝土因各种收缩变形造成 的拉应力,使混凝土内部的拉应力值降低,从而改善了混凝土的应_ 力状态,体积稳定性和抗裂能力显著提高。 有机减水保塑剂YJ,提高混凝土拌和物的工作性,降低坍落度 经时损夫,提高强度和抗渗性能,并降低混凝土早期水化温升,推 迟水化热高峰出现,有效地防止早期温度收缩裂缝。 混凝土中掺入复合抗裂材料KLFS 可大幅提高混凝土的抗裂防 渗能力,混凝土渗透高度比为19%,28d 劈拉强度由基准混凝土的 2.81MPa 提高到 3.28 MPa;28d 抗压强度比 为 135%;拌和物工作 性能优良。应用KLFS,成功配制出C50-C70复合抗裂防渗高性能混 凝土,并在实际工程中得到应用。 复合抗裂防渗高性能混凝土的抗裂防渗机理: … (1)复合抗裂材料KLFS 中的含铝相材料与水泥水化产物氢氧 化钙反应形成钙矾石,在限制条件下产生体积膨胀,起补偿收缩作 用,并使混凝土密实: (2)KLFS 中的无机物质 人与氢氧化钙反应缓慢形成大量微小 晶体,填充孔隙,增大密实性; (3)KLFS中*组分具有高效减水保塑作用,使高性能混凝土 获得满意的工作性能: (4)纤维在混凝土三维乱向分布,形成交错的网状结构,约 束混凝土体积的改变; (5)优化各原材料间的相对比例,增大混凝土密实性,改善各 相界面的结构和孔结构。
【学位授予单位】:武汉理工大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2002
【分类号】:TU528

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