轻骨料对机制砂自密实混凝土性能影响研究

摘要

本文通过改进的固定砂石体积法初步得出机制砂自密实混凝土配合比，并经过正交试验设计进一步优化得到工作性能、力学性能满足要求的配合比方案。在此基础上通过工作性能、力学性能、耐久性能测试轻骨料的掺入对机制砂自密实混凝土综合性能的影响，最后利用ANSYS数值模拟软件从细观层面模拟轻骨料的不同替换量对机制砂自密实混凝土力学性能的影响，并与试验结果相互印证，得出结论如下:
　　(1)在基准配合比基础上，选取机制砂细度模数、机制砂MB值、石粉含量、砂率、胶凝材料用量、水胶比、外加剂用量作为正交试验设计的关键因素。采用三水平七因素正交设计表，测试上述关键因素对机制砂自密实混凝土工作性能和力学性能的影响。对基准配合比内各材料用量进一步修正，得到最优配合比为:水泥:420kg/m3、粉煤灰:140kg/m3、机制砂:800kg/m3、碎石:900kg/m3、水:180kg/m3、外加剂:7.84kg/m3。
　　(2)以优化后的机制砂自密实混凝土配合比作为基准配合比，试验0％、30％、60％、100％轻骨料高强页岩陶粒替换普通碎石骨料后对机制砂自密实混凝土工作性能、力学性能、耐久性能的影响。试验结果表明:
　　1)随着轻骨料替换量的逐渐增加，机制砂自密实混凝土的抗压强度逐渐下降。但比强度倌要远大于机制砂碎石骨料自密实混凝土;结构效率优于碎石机制砂自密实混凝土，在30％～60％替换量时，在机制砂自密实混凝土各项力学性能损失不大的情况下，工作性能得到明显改善。
　　2)在混凝土中掺入轻骨料，由于轻骨料的微泵作用，其会改善硬化混凝土的微观结构，从而提高机制砂自密实混凝土的耐久性能。当轻骨料替换量达到60％直至100％，轻骨料的不利影响就会显现出来，其疏松多孔，与浆体结合紧密程度较碎石骨料有所不如，因此其抗渗等耐久性能会较之于普通碎石骨料呈下降趋势。
　　(3)通过ANSYS建立二维混凝土随机骨料模型，模拟不同轻骨料替换量机制砂自密实混凝土立方体抗压试验，抗拉试验、抗折试验，结果如下:
　　1)得到不同轻骨料替换量机制砂自密实混凝土应力应变关系、弹性模量、泊松比，并与试验值比较以验证模拟的合理性;
　　2)通过模拟混凝土受拉过程裂缝发育情况，其结果与试验值一致，统计不同轻骨料替换量机制砂自密实混凝土各组分单元破坏数量，从细观层面揭示掺轻骨料混凝土破坏过程;
　　3)通过模拟混凝土试块抗折，得到抗折试件破坏使得峰值应力与峰值应变，证实轻骨料的掺入能够改善机制砂自密实混凝土的变形性能。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 论文背景及研究意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 机制砂使用及研究现状

1．2．2 机制砂自密实混凝土的发展

1．2．3 混合骨料混凝土发展现状

1．2．4 主要存在的问题

1．3 论文研究内容

1．3．1 研究目标

1．3．2 研究内容

1．3．3 技术路线图

第二章 机制砂自密实混凝土配制

2．1 自密实混凝土配合比设计

2．1．1 固定砂石体积含量法

2．1．2 全计算法

2．1．3 《自密实混凝土应用技术规程》JGT／283-2012规定算法

2．1．4 机制砂自密实混凝土配合比设计

2．1．5 机制砂自密实混凝土计算配合比试配

2．1．6 机制砂自密实混凝土工作性能测试及评定

2．2 试验小结

第三章 机制砂自密实混凝土正交试验研究

3．1 机制砂自密实混凝土正交试验设计

3．1．1 机制砂自密实混凝土正交试验表设计

3．1．2 正交试验结果分析

3．1．3 正交试验试验结果验证

3．1．4 试验小结

第四章 轻骨料对机制砂自密实混凝土性能影响研究

4．1 轻骨料选择

4．2 轻骨料掺入对机制砂自密实混凝土工作性能影响试验研究

4．2．1 坍落扩展度试验

4．2．2 J环试验

4．2．3 L-槽试验

4．2．4 V型漏斗试验

4．2．5 U型仪试验

4．2．6 试验小结

4．3 轻骨料掺入对机制砂自密实混凝土力学性能影响试验研究

4．3．1 掺轻骨料机制砂自密实混凝土试块立方体抗压试验

4．3．2 掺轻骨料机制砂自密实混凝土试块轴心抗压试验

4．3．3 掺轻骨料机制砂自密实混凝土试块抗折试验

4．3．4 掺轻骨料机制砂自密实混凝土试块劈拉试验

4．3．5 掺轻骨料机制砂自密实混凝土试块弹性模量试验

4．3．6 试验小结

4．4 轻骨料掺入对机制砂自密实混凝土耐久性能影响试验研究

4．4．1 掺轻骨料机制砂自密实混凝土试块抗碳化试验

4．4．2 掺轻骨料机制砂自密实混凝土试块氯离子渗透试验

4．4．3 试验小结

第五章 掺轻骨料机制砂自密实混凝土力学性能数值模拟研究

5．1 机制砂自密实混凝土随机骨料模型的生成

5．1．1 混凝土中的骨料颗粒级配分布

5．1．2 二维混凝土随机骨料模型生成

5．1．3 混凝土中骨料、砂浆力学参数选取

5．1．4 二维随机骨料混凝土模型网格划分

5．1．5 边界条件、加载方式及收敛准则

5．1．6 破坏准则

5．2 不同轻骨料替换量机制砂自密实混凝土数值模拟

5．2．1 不同轻骨料替换量机制砂自密实混凝土应力应变曲线

5．2．2 混凝土弹性模量计算

5．2．3 不同轻骨料替换量机制砂自密实混凝泊松比

5．2．4 不同轻骨料替换量机制砂自密实混凝土受拉破坏过程模拟

5．2．5 机制砂自密实混凝土受压细观数值模拟

5．3 机制砂自密实混凝土抗折模拟

5．3．1 不同轻骨料替换量混凝土抗折试件骨料数量

5．3．2 二维混凝土抗折试块模型

5．3．3 本构模型选择、参数赋值、网格划分与损伤准则

5．3．4 不同轻骨料替换量机制砂自密实混凝土抗折试件抗折试验模拟

5．3．5 模拟试验小结

6．1 结论

6．2 创新点

6．3 展望

致谢

参考文献

在学期间发表的论文及科研成果