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基于可压缩堆积模型的绿色混凝土材料性能研究

陈瑾祥  
【摘要】:本文扼要介绍了可压缩堆积模型(Compressible Packing Model,CPM)的理论基础,并基于其理论推导发展了与混凝土性能相关的两个参数,一个是表征在新拌混凝土混合料中胶凝材料颗粒与其它颗粒之间间隙的胶凝材料颗粒间隙指数(Binder Space Factor,BSF),另一个是表征拌合用水填充混合料空隙后富余程度的用水量富余指数W;从骨料级配优化角度,分析了不同的骨料级配优化方法对混凝土工作性能、力学性能和抗氯离子渗透性能产生的影响,并结合W和BSF进行分析,探讨其与混凝土性能的相关性;从胶凝材料级配优化的角度,探究了不同细度的矿物掺合料对胶砂工作性能和力学性能的影响,并结合W和BSF进行分析,分别探讨其与胶砂工作性能和力学性能的相关性;通过研究不同水灰比的纯水泥混凝土的工作性能和力学性能分别与W和BSF的关系,建立性能预测模型,并对矿物掺合料混凝土的适用性作了分析。取得了如下主要成果:(1)基于可压缩堆积模型建立的用水量富余指数W和胶凝材料颗粒间隙指数BSF可以数值化地分别反映拌合用水填充混合料空隙后的富余程度和胶凝材料颗粒与骨料颗粒的紧密程度;W数值越小表示拌合用水填充空隙后的富余用水越多,对流动性的贡献越大;BSF数值越大表示胶凝材料颗粒与粗细骨料颗粒的间隙越小,水化形成的结构更加致密;(2)骨料级配的优化有助于提高混凝土混合料的堆积密实度,在提升骨料堆积密实度的同时也必须考虑骨料级配连续性的问题,保证骨料级配连续的前提下提升骨料堆积密实度才能更高效地提升混凝土混合料的堆积密实度;通过骨料级配的优化,进而使混凝土工作性能和力学性能得到提升,与用水量富余指数W和胶凝材料颗粒间隙指数BSF的计算结果具有很高的相关性;配合比不变前提下,仅对骨料级配进行优化,并不能高效地降低混凝土抗氯离子渗透系数,提高混凝土抗氯离子渗透能力;(3)掺入矿物掺合料对整个胶砂混合料的密实度提升有积极的作用,其中粉煤灰对密实度的提升要高于矿渣,且细度越高对密实度的贡献越大;同一掺量,不同细度的粉煤灰,对胶砂混合料的用水量富余指数W产生不同的影响,掺越细的粉煤灰W值越小,单位体积胶砂的用水量富余程度更大,与掺越细的粉煤灰,胶砂拓展度越大这一宏观表现存在较高的对应关系;(4)水灰比在0.45~0.57之间的纯水泥混凝土,用水量富余指数W与新拌混凝土的工作性能有很高的对应关系,基于用水量富余指数建立的工作性能预测模型相关性高;胶凝材料间隙指数BSF与混凝土的抗压强度存在线性关系,基于胶凝材料间隙指数BSF所建立的混凝土立方体抗压强度预测模型相关性高;(5)由于矿物掺合料的材料特性会对混凝土的工作性能产生较大影响,导致用水量富余指数与新拌混凝土的工作性能的相关性较差,引入与矿物掺合料掺量相关的修正系数对用水量富余指数进行修正,提出等效用水量富余指数概念;建立考虑矿物掺合料活性的等效水泥颗粒间隙指数(Equivalent Cement Space Factor,ECSF),对矿物掺合料活性进行合理预估,并基于纯水泥混凝土力学性能预测模型对矿物掺合料混凝土力学性能进行预测,发现28d抗压强度的预测精度较高;(6)基于用水量富余指数W和胶凝材料间隙指数BSF与混凝土性能的量化研究,建立了综合考虑混合料级配、用水量、水泥用量和矿物掺合料用量的绿色混凝土配合比优化方法。


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