自密实轻骨料混凝土的设计、制备和增韧

摘要

结合自密实混凝土(Self-compacting concrete,SCC)和轻骨料混凝土(Lightweight aggregateconcrete,LWAC)的优良性能而发展起来的自密实轻骨料混凝土(Self-compacting lightweight aggregate concrete,SCLC)，其不仅在浇筑过程中不需要额外机械振捣，依靠自重便能密实成型，而且可降低基础荷载，缩小构件截面尺寸，在建筑物高度和跨度不断增大的当下具有极广阔的应用前景。混凝土配合比设计关系到拌合物的施工和易性、硬化后的力学性能和耐久性，是混凝土生产及应用前最重要的环节之一。目前缺乏适用性强的SCLC配合比方法，基于SCC和经验方法的SCLC配合比设计方法无法实现原材料用量的定量计算，且SCC规范中给定的关键配合比参数范围是否适用于SCLC尚不清楚。SCLC解决了普通重量混凝土自重大，施工需要振捣等问题，但其没有解决混凝土脆性大、易开裂和抗拉强度低等问题。如何增加SCLC的韧性，提高SCLC抗拉强度和结构的抗裂性，是SCLC进一步推广应用过程中亟待解决的关键问题。 为了开发出具有普遍适用性、科学合理的SCLC配合比设计方法，提出一种基于砂浆膜厚理论的SCLC配合比设计方法。并从砂浆性能角度对上述配合比设计方法进行优化改进，将SCLC配合比设计分成基于砂浆流变性的自密实性能设计与基于砂浆水灰比定则的强度设计。为了避免采用不同流变仪导致的测量结果不具可比性，建立了两种表征砂浆流变参数的评价方法：Marsh筒法和微坍法，并在对比基础上找出一种最适宜的方法。依据净浆膜厚理论和组合方法制备出钢纤维增强自密实轻骨料混凝土(Steel fiber reinforced self-compacting lightweight aggregate concrete,SFRSCLC)，研究了纤维掺量对拌合物工作性及基本力学性能影响。在对比分析JG/T472-2015方法和ASTM C1609方法对SFRSCLC弯曲性能评价适用性的基础上提出一种新的弯曲韧性评价方法。为了揭示纤维对试件内部裂缝的细观桥接作用和滑移机制以及裂纹的损伤演化过程，基于声发射技术对SFRSCLC单轴受压下的损伤特性进行了研究。本文主要得到如下结论： 采用基于砂浆膜厚理论的SCLC配合比设计方法能够制备出满足自密实性能设计要求，密度等级为1800或1900，强度高于50MPa的SCLC。与Marsh筒法相比，微坍法是测定砂浆流变参数的理想方法。基于砂浆流变性的自密实性能设计与基于砂浆水灰比定则的强度设计方法能够实现SCLC工作性及强度的预测。采用基于净浆膜厚理论和组合方法得到的SFRSCLC配合比设计方法能够定量计算出胶凝材料用量。纤维掺入SCLC中会降低拌合物填充性及间隙通过性，但能够改善拌合物的抗离析性能。与对抗压强度的改善效果相比，钢纤维中能够显著改善SCLC的劈裂抗拉强度、抗折强度及裂后韧性。JG/T472-2015和ASTM C1609两种方法已不适用于评价跨中峰值挠度较大的SFRSCLC，新提出的弯曲韧性评价方法能够对SFRSCLC弯曲韧性进行有效衡量。SFRSCLC的优势频率段主要集中于15~45kHz、85~105kHz、235~255kHz和285~320kHz四个区段，依次对应于混凝土内预存裂缝或孔隙的压密、骨料/浆体界面增强层的断裂破坏、骨料的贯穿断裂破坏和砂浆的开裂。

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