硅粉混凝土配合比优化的研究

摘要

硅粉是一种高效的活性掺合料，能够显著提高混凝土的强度、抗渗性，抗冻性和耐久性。硅粉混凝土的特性得到人们的重视，硅粉混凝土被广泛应用到水利水电工程、建筑工程、公路工程和桥梁工程等。目前我国寒区水利工程亟需大量优质的材料以改善混凝土的抗冻性和耐久性。掺入硅粉是解决混凝土抗冻性和耐久性问题的有效措施之一。硅粉混凝土作为一种新型的高性能混凝土，适于在高寒地区的水利工程和公路路面工程的需要，其应用前景十分广阔。硅粉混凝土配合比优化的研究具有重要的学术意义、有着广泛的工程应用价值。 在使用硅粉混凝土时，首先需要进行混凝土配合比设计，以满足工程对混凝土性能的要求。同时根据不同地区的环境条件，合理地选择水泥等胶体品种、适宜的骨料(砂、石料)以及其它组成材料，包括掺合料与外加剂的选择。本论文结合黑龙江省科技攻关项目，采用试验的方法，研究了水胶比和硅粉掺量等参数对硅粉混凝土的抗压强度、抗拉强度、超声波脉冲速度、抗渗性和抗冻性的影响，从而确定不同要求情况下，硅粉的最优掺量。根据试验结果建立回归方程，以便于硅粉混凝土的配合比设计。主要进行了以下研究： 1．通过对三种常用规格硅粉混凝土试块抗压强度的试验分析，得到了150mm 正方体标准试块的抗压强度小于100mm的正方体试块测得的抗压强度。直径100 mm高200mm的圆柱体试块的抗压强度试验结果，较标准试块小很多。 对不同水胶比、不同硅粉掺量的混凝土抗压强度进行了讨论，研究结果指出：当水胶比在一定范围内时，掺入硅粉都能明显提高混凝土的抗压强度。硅粉掺量小于25％时，硅粉混凝土的抗压强度随着硅粉掺量的增加而增大，而当硅粉掺量超过25％后，再继续加入硅粉，硅粉混凝土的抗压强度反而下降，所以最优的硅粉掺量不是固定。 2．采用试验的方法，评价了水胶比和硅粉掺量对混凝土抗拉强度的影响。掺入硅粉可以明显提高混凝土的劈裂抗拉强度和抗弯抗拉强度，但是过高掺量的硅粉会使混凝土劈裂抗拉强度和抗弯抗拉强度下降。在试验结果的基础上，建立了混凝土抗拉强度回归方程，通过公式计算结果与试验结果的比较，获得的公式结果比较精确。 3．基于试验，研究了水胶比和硅粉掺量对硅粉混凝土抗渗性能的影响。研究表明：硅粉能够有效地提高混凝土的抗渗性，开始混凝土抗渗性能随着硅粉掺量的增加而提高，当硅粉掺量为最优时，硅粉混凝土的抗渗性能最好，硅粉掺量再增加，抗渗性能反而下降。 4．通过硅粉混凝土超声波测强试验，分析了水胶比和硅粉掺量的变化对超声波脉冲速度的影响。超声波脉冲速度随着硅粉掺量的增加而变慢，水胶比增大，超声波脉冲速度变慢，水胶比为0.2时，超声波脉冲速度最快。根据超声波脉冲速度试验结果建立了超声波脉冲速度的回归方程。方程可精确地计算超声波脉冲速度。 根据对超声波脉冲试验结果和抗压强度试验结果的对比分析，按水胶比分段给出了抗压强度的回归方程，对应不同的水胶比，硅粉混凝土抗压强度与超声波脉冲速度之间的相关方程是不同的。依据超声波脉冲速度拟合得到的硅粉混凝土抗压强度值精确，误差在实际工程允许范围内。 5．通过试验探讨了水胶比和硅粉掺量对硅粉混凝土干缩性能的影响，硅粉混凝土初期收缩应变随着硅粉掺量增加而增大，当硅粉掺量为10％时，收缩应变达到最大值，如果硅粉掺量再增加，收缩应变迅速减小。混凝土的干缩变形主要发生在第1周以内，28天附近试件干缩变形量基本稳定。 在进行硅粉混凝土干缩性试验分析的同时，研究了水胶比和硅粉掺量对混凝土重量损失的影响。得出了水胶比为0.2和0.25时，硅粉混凝土的重量损失较普通混凝土小。水胶比大于0.3时，硅粉混凝土的重量损失较普通混凝土大，且硅粉掺量为10％时，混凝土重量损失最大。 6．为了分析外加剂、硅粉掺量和水胶比对混凝土抗冻性能的影响，进行了硅粉混凝土冻融试验研究。根据冻融试验结果，提出了抗冻耐久性指数DF的回归方程。加入减水剂和引气剂能够在一定程度上提高混凝土的抗冻性能，但相对于硅粉掺量和水胶比，减水剂和引气剂对混凝土的抗冻性影响较小。加入硅粉可明显提高混凝土的抗冻性能。其中以硅粉掺量为10％的混凝土尤为明显，抗冻耐久性指数DF均大于0.4；当水胶比为0.3和0.35时，抗冻耐久性指数DF大于0.6。混凝土的抗冻性开始随着硅粉掺量的增加而提高，然后随着硅粉掺量的增加而降低。

目录

文摘

英文文摘

声明

1 绪论

1.1课题背景

1.1.1土木工程与混凝土

1.1.2高性能混凝土

1.2国内外对硅粉混凝土研究现状

1.2.1国外的研究现状

1.2.2国内的研究现状

1.3本课题的意义

1.4本课题研究的主要内容

2硅粉混凝土及水胶比

2.1硅粉混凝土的性能特点

2.2硅粉混凝土的应用

2.3硅粉混凝土的经济性

2.4水胶比对混凝土结构与性能的影响

2.4.1水胶比对混凝土结构的影响

2.4.2水胶比对混凝土性能的影响

2.5本章小结

3硅粉混凝土的强度和抗渗性

3.1引言

3.2硅粉混凝土的抗压强度的初步研究

3.2.1原料试验

3.2.2试验方案和结果分析

3.3硅粉混凝土的抗拉强度

3.3.1试验方案

3.3.2试验结果分析

3.4硅粉混凝土的抗渗性

3.4.1试验方案

3.5结果分析

3.6硅粉在混凝土中的作用机理

3.7本章小结

4硅粉混凝土配合比

4.1引言

4.1.1配合比设计的基本原则

4.1.2硅粉混凝土强度的超声波检测

4.1.3混凝土结构的干缩

4.2硅粉混凝土砂率的选择

4.2.1正交试验设计

4.3试验方案

4.4试验结果分析

4.4.1超声波脉冲速度

4.4.2抗压强度

4.4.3抗压强度与超声波脉冲速度的相关方程

4.4.4干缩变形

4.4.5硅粉对混凝土收缩影响机理分析

4.5本章小结

5硅粉混凝土抗冻性能研究

5.1混凝土冻融破坏的机理

5.2混凝土抗冻性试验方法

5.3正交试验设计

5.4试验结果与分析

5.5 硅粉的作用机理

5.6本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

致谢

个人简历