利用机制砂制备超高强自密实补偿收缩钢管混凝土研究

摘要

超高强钢管混凝土是指钢管内灌入强度等级C100以上补偿收缩混凝土而形成的组合材料，具有承载能力高、抗变形能力强、耐久性好等优点，在西部山区大跨钢管混凝土拱桥和抗震组合高墩工程中具有广阔的应用前景。论文针对西部山区天然河砂资源匮乏，利用机制砂配制超高强混凝土存在的工作性能差、收缩大，管内超高强混凝土不易灌注密实等问题，依托四川省交通厅科技计划项目“超高强自密实微膨胀钢管混凝土研究与应用”（2015TZ0057）及四川广安官盛渠江特大钢管混凝土拱桥的施工建设，开展了利用机制砂制备超高强自密实补偿收缩钢管混凝土研究。本论文取得的主要研究成果如下： 1、系统研究了不同矿物掺合料（硅灰、粉煤灰、粉煤灰微珠、矿粉）的水化活性及对水泥胶凝浆体塑性粘度与屈服应力的影响规律，探讨了外加剂母液及功能组分之间的配伍对机制砂超高强钢管混凝土工作性能的影响，开发出具有低含气量、超分散降粘、高保坍型超高强钢管混凝土专用外加剂，提出了矿物降粘与外加剂组分优化协同提升混凝土工作性能的设计方法。 2、系统研究了不同配合比参数（胶凝材料组成及用量、水胶比、砂率、机制砂种类及细度模数、机制砂石粉含量、骨料最大粒径）对混凝土工作性能及力学性能的影响。通过配合比的优化设计和开发的超高强钢管混凝土专用外加剂，可降低机制砂中石粉对混凝土性能的影响，因此可在《公路桥涵施工技术规范》JTG TF50-2011的基础上，放宽超高强钢管混凝土对机制砂中石粉含量的限制，针对C100钢管混凝土石粉含量须≤10%，针对C110钢管混凝土石粉含量须≤5%。机制砂超高强混凝土最优配比为水泥：粉煤灰微珠∶硅灰∶机制砂∶碎石∶水=503∶114∶83∶690∶1035∶126，制备的C110超高强混凝土初始坍落度/扩展度为270/630mm，2h坍落度/扩展度损失均＜20mm，T500时间为10s，含气量1.9%，28d抗压强度达到134.4MPa。 3、探究了不同组成的膨胀剂和纤维的种类及掺量对超高强钢管混凝土力学性能和体积稳定性能的影响规律，开发出以HCSA、MgO和石膏为组成的机制砂超高强钢管混凝土用高能复合膨胀剂，钢纤维和复合膨胀剂协同显著提高了超高强钢管混凝土的体积稳定性能。提出了机制砂超高强钢管混凝土的力学性能、体积稳定性能与泵送性能协同提升的制备技术，利用机制砂制备出C100~C140自密实补偿收缩超高强钢管混凝土。 4、研究成果已应用于广安官盛渠江特大钢管混凝土拱桥，检测结果表明，钢管内C100自密实补偿收缩超高强钢管混凝土填充密实。形成了包括原材料的选择与质量控制标准、混凝土拌合与泵送顶升灌注工艺、混凝土密实度检测方法等方面的机制砂超高强钢管混凝土的施工与质量控制技术。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 混凝土的发展

1.2 钢管混凝土简介及其发展趋势

1.2.1 钢管混凝土结构特点及原理

1.2.2 钢管混凝土的研究现状

1.2.3 钢管混凝土的工程应用及发展趋势

1.3 超高强混凝土概述

1.3.1 活性粉末混凝土

1.3.2 普通超高强混凝土制备技术

1.4机制砂混凝土

1.5 选题背景及主要研究内容

1.5.1 选题背景

1.5.2 主要研究内容

第二章 机制砂超高强钢管混凝土组成设计

2.1 原材料及试验方法

2.1.1 原材料

2.1.2 试验方法

2.2 基于密实骨架堆积的超高强钢管混凝土配合比设计

2.3 机制砂超高强钢管混凝土降粘与工作性能优化

2.3.1 矿物掺合料对混凝土胶凝浆体流变性能的影响

2.3.2 机制砂超高强钢管混凝土专用外加剂

2.4 配合比设计参数对机制砂超高强钢管混凝土性能影响

2.4.1 胶凝材料组成

2.4.2 胶凝材料用量

2.4.3 水胶比

2.4.4 砂率

2.4.5 机制砂种类及细度模数

2.4.6 石粉含量

2.4.7 骨料最大粒径

2.5 本章小结

第三章 机制砂超高强钢管混凝土力学性能与膨胀性能协同设计

3.1 膨胀剂的分类及其膨胀机理

3.2 不同膨胀剂对机制砂超高强钢管混凝土性能的影响规律

3.3 膨胀剂对超高强钢管混凝土抗压强度的影响

3.4 机制砂超高强钢管混凝土膨胀性能设计

3.5 机制砂超高强补偿收缩钢管混凝土的设计方法

3.6 本章小结

第四章 纤维增强机制砂超高强钢管混凝土

4.1 纤维对混凝土性能的影响

4.1.1 纤维增强机理

4.1.2 纤维种类及其物理力学性能

4.1.3 试验方案设计

4.1.4 纤维对不同胶凝材料用量下混凝土性能的影响

4.2 纤维限缩与膨胀剂协同体积稳定性提升技术

4.4 混凝土徐变及组合构件性能

4.4.1 超高强钢管混凝土徐变

4.4.2 超高强钢管混凝土构件的力学性能

4.5 本章小结

第五章 超高强钢管混凝土胶凝浆体水化及其微结构

5.1 超高强钢管混凝土的早期水化反应放热特性分析

5.2 超高强钢管混凝土的水化程度分析

5.3.1 XRD

5.3.2 扫描电镜

第六章 工程应用

6.1 工程概况

6.2 施工配合比及混凝土性能

1.工程原材料

2.施工配合比及混凝土性能

6.3 施工前准备

1.工程原材料

2.施工机械

3.现场布置

6.4 施工中控制

6.5 管内混凝土密实度检测

第七章 结论

致谢

参考文献

附录一 硕士期间的论文及参加科研项目