硫铝酸盐水泥基高性能混凝土的结构-性能及工程应用研究

摘要

随着混凝土科学技术的发展和进步，混凝土建筑物的使用范围越来越广，在许多环境恶劣的地方需要建筑混凝土工程，就必须要求所使用的混凝土具有优异的耐久性能，以确保建筑物的工作年限。根据目前普通硅酸盐水泥基混凝土的发展和应用情况，结合许多特殊位置建筑物的性能劣化原因，提出了在工作环境严酷的地方用硫铝酸盐水泥基高性能混凝土（HPC）代替普通硅酸盐水泥基混凝土的发展思路。 本文旨在利用硫铝酸盐水泥（SAC）的快硬、早强、高强以及抗硫酸盐侵蚀性能好等性能优势，借鉴普通硅酸盐水泥基HPC的应用技术，将硫铝酸盐水泥基混凝土生产技术高性能化。 本文根据SAC的性能特点，首先对其性能优化研究，以克服存在的性能缺陷。研究了能有效控制SAC快凝的缓凝剂H；能提高SAC的抗压强度，又能和SAC相容的高效减水剂AS；根据超细矿渣和粉煤灰的性能特点，利用性能优势互补原理进行了复合，通过复合掺和料代替20%的SAC，以改善SAC水化放热速度太快的问题；利用增粘剂改善高效减水剂引起的离析、板结和泌水问题。 研究了水灰比、复合掺和料、引气剂等因素对硫铝酸盐水泥基HPC力学性能的影响，并与普通硅酸盐水泥基HPC进行了性能对比，以证实硫铝酸盐水泥基HPC具有较高的早期强度和稳定增长的后期强度。 研究了硫铝酸盐水泥基HPC的耐久性能。验证了掺加掺和料的SAC在不同水灰比条件下的抗硫酸盐侵蚀性能；研究了水灰比、复合掺和料、引气剂对硫铝酸盐水泥基HPC抗渗性能、抗冻性能和抗碳化性能的影响；同时与普通硅酸盐水泥基HPC进行了相同条件的性能比较；建立了硫铝酸盐水泥基HPC的碳化速度和保护层的寿命关系预测模型。 利用SEM观察了硫铝酸盐水泥基HPC的结构形貌和水泥水化产物的结构特征，比较了水灰比和复合掺和料、引气剂对硫铝酸盐水泥基HPC结构及界面的影响，分析了碳化前后硫铝酸盐水泥水化产物的结构特征变化情况，根据能谱结果证明了碳化能引起AFt分解。利用XRD分析了硫铝酸盐水泥的水化产物以及碳化后水化产物的变化情况，证明AFt的特征峰在碳化后消失。利用MIP测定了硫铝酸盐水泥基HPC在加入掺和料和引气剂后的孔隙率和孔结构分布变化情况，分析了引气剂提高混凝土抗冻性能的机理。 研究了烟台-威海高速公路金山港大桥的病害原理及修补方案，制定了含钡硫铝酸盐水泥水下不分散混凝土和HPC的应用方案，成功将受到海水侵蚀损坏的大桥修补。 以上研究结果表明：利用高效减水剂AS和缓凝剂H可以有效控制硫铝酸盐水泥的水灰比和凝结时间；水灰比降低，硫铝酸盐水泥基HPC的强度明显提高，控制水灰比0．38以下就具有很好的力学性能；掺加20%掺和料的硫铝酸盐水泥有很好的抗硫酸盐和镁盐侵蚀的能力，加入掺和料可以提高混凝土的抗碳化性能，抗冻性能和抗渗性能下降；引气剂可以大幅提高混凝土的抗冻性能，降低抗渗性能和抗碳化性能。 根据以上研究结果，可以科学配制性能不同的硫铝酸盐水泥基HPC，保证不同性能需求的工程安全。 总之，以科学的理论和先进的技术为基础，结合材料的性能特点和优势，从混凝土材料性能劣化的原因着手，通过优化内因的作用改善材料的结构和性能，抵御外因的侵蚀和破坏，科学合理地应用硫铝酸盐水泥基HPC，以期为解决目前的全球性混凝土耐久性危机做出贡献。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：符号说明

声明

第1章绪论

1.1研究的背景—混凝土材料的现状

1.2混凝土性能劣化的原因与对策

1.3硫铝酸盐水泥的生产与应用概况

1.4硫铝酸盐水泥及混凝土的研究现状分析

1.5论文研究的主要内容

第2章实验材料和实验方法

2.1实验材料

2.2实验仪器设备

2.3实验方法

2.4耐久性检测方法

2.5微观结构分析

2.6水下不分散混凝土的测定方法

第3章硫铝酸盐水泥的性能优化研究

3.1高效减水剂与硫铝酸盐水泥的相容性研究

3.1.1高效减水剂用于SAC时的饱和点掺量与经时损失

3.1.2高效减水剂对硫铝酸盐水泥强度的影响

3.2缓凝剂对硫铝酸盐水泥性能的影响

3.2.1缓凝剂对硫铝酸盐水泥凝结时间的影响

3.2.2缓凝剂对硫铝酸盐水泥强度的影响

3.3掺和料对硫铝酸盐水泥性能的影响

3.4水泥浆体稳定性研究

3.5本章小结

第4章硫铝酸盐水泥基高性能混凝土的力学性能研究

4.1水灰比对硫铝酸盐水泥基HPC抗压强度的影响

4.2掺和料对硫铝酸盐水泥基HPC抗压强度的影响

4.3引气剂对硫铝酸盐水泥基HPC抗压强度的影响

4.4硫铝酸盐水泥与普通硅酸盐水泥基HPC性能比较

4.5本章小结

第5章硫铝酸盐水泥基高性能混凝土的耐久性研究

5.1硫铝酸盐水泥的抗侵蚀性能研究

5.1.1水灰比变化对SAC抗复盐侵蚀性能的影响

5.2硫铝酸盐水泥基HPC抗渗性能研究

5.2.1水灰比对硫铝酸盐水泥基HPC抗渗性能的影响

5.2.2掺和料对硫铝酸盐水泥基HPC抗渗性能的影响

5.2.3引气剂对硫铝酸盐水泥基HPC抗渗性能的影响

5.2.4养护龄期对硫铝酸盐水泥基HPC抗渗性的影响

5.2.5硫铝酸盐水泥、普通硅酸盐水泥基HPC抗渗性能对比

5.3硫铝酸盐水泥基HPC抗冻性能研究

5.3.1混凝土的冻融破坏机理

5.3.2水灰比对硫铝酸盐水泥基HPC抗冻性能的影响

5.3.3掺和料对硫铝酸盐水泥基HPC抗冻性能的影响

5.3.4引气剂对硫铝酸盐水泥基HPC抗冻性能的影响

5.3.5养护龄期对硫铝酸盐水泥基HPC抗冻性能的影响

5.3.6硫铝酸盐水泥、普通硅酸盐水泥基HPC抗冻性能比较

5.4硫铝酸盐水泥基HPC抗碳化性能研究

5.4.1混凝土碳化机理

5.4.2水灰比对硫铝酸盐水泥基HPC抗碳化性能的影响

5.4.3掺和料对硫铝酸盐水泥基HPC抗碳化性能的影响

5.4.4引气剂对硫铝酸盐水泥基HPC抗碳化性能的影响

5.4.5养护龄期对硫铝酸盐水泥基HPC抗碳化性能的影响

5.4.6硫铝酸盐水泥与普通硅酸盐水泥基HPC抗碳化性能比较

5.5硫铝酸盐水泥基高性能混凝土的碳化模型

5.5.1硫铝酸盐水泥基HPC碳化理论模型

5.5.2根据测定的数据对碳化模型d=atb的分析

5.5.3碳化速度与保护层厚度的寿命预测

5.6本章小结

笫6章硫铝酸盐水泥基高性能混凝土微观结构分析

6.1高性能混凝土的微观结构分析

6.2水泥硬化浆体的SEM分析

6.2.1水灰比对硫铝酸盐水泥基HPC界面结构的影响

6.2.2掺和料对硫铝酸盐水泥基HPC结构的影响

6.2.3碳化对硫铝酸盐水泥基HPC结构的影响

6.3硫铝酸盐水泥硬化浆体的XRD分析

6.4水泥硬化浆体的孔结构分析

6.4.1掺和料对硫铝酸盐水泥基HPC孔结构的影响

6.4.2引气剂对硫铝酸盐水泥基HPC孔结构的影响

6.4.3掺和料对硫铝酸盐和硅酸盐水泥基HPC孔结构的影响

6.4.4硫铝酸盐水泥净浆的孔隙率分析

6.5本章小结

第7章含钡硫铝酸盐水泥基高性能混凝土在工程中的应用研究

7.1硫铝酸盐水泥水下不分散混凝土的应用研究

7.1.1增粘剂掺量对含钡硫铝酸盐水泥砂浆pH的影响

7.1.2硫铝酸盐水泥水下不分散混凝土的制备

7.2含钡硫铝酸盐水泥基HPC在金山港大桥修补中的应用

7.2.1金山港大桥概况及病害情况分析

7.2.2质量保证体系和施工工艺

7.3本章小结

第8章结论与展望

8.1结论

8.2展望

参考文献

攻读博士学位期间发表的论文和参加科研情况

致 谢