湘江砂卵石碱活性研究及抑制碱—骨料反应的胶凝材料设计

摘要

混凝土的碱-骨料反应一直是全世界研究的热门课题。大量的研究结果已经指出，在配制混凝土的过程中掺入矿物掺合料可以有效地抑制碱-骨料反应有害膨胀的发生，同时采用这些掺合料还可以提高混凝土其它方面的耐久性能，并且节约成本，因此研究矿物掺合料抑制碱-骨料反应的有效性，以及对抑制碱-骨料反应的胶凝材料进行设计有重要的价值。
　　本文采用采用岩相法(ASTM C295-08)，砂、石碱活性快速试验方法(CECS48:93)，快速砂浆棒法(ASTM C1260)以及场发射扫描电子显微镜(FESEM)多种测试手段对湖南湘江湘阴段、湘潭段、望城段的砂子和卵石的碱活性进行了全面的调查研究。
　　研究结果表明，湘江湘潭段、湘阴段和望城段的砂和卵石由硅质的杂砂岩和石英岩组成，其中存在相当含量结晶较差的隐晶和微晶石英，具有碱活性的可能性极大；快速砂浆棒法测得的结果也指出，试件14d的膨胀值均超过了ASTMC1260规定的阈值0.1％，因此，判定这些砂和卵石为碱活性骨料。最后通过扫描电子显微镜的观察，发现了典型的碱-硅酸(ASR)反应产物凝胶形貌，以及骨料周边的裂纹，同时辅以能量散射X-射线分析(EDXA)，得到了这些产物的化学组成，证实了产物为ASR凝胶。
　　在上述实验结果的基础上，通过掺入粉煤灰和矿粉等质量取代水泥，可以有效地抑制ASR反应的膨胀。同时，采用正交设计法设计的了7组实验对抑制ASR反应膨胀的胶凝材料进行了优化，绘制了相应的膨胀值等值线图，并得到了抑制ASR反应膨胀的安全的胶凝组分区域。
　　基于正交设计法的基本原理，求得了预测ASR膨胀的回归方程模型，对湘江砂和卵石分别设计了多组实验，比较了预测值与实测值，结果显示，一方面，预测的结果误差非常小，满足规范的精度要求，另一方面，置信水平为95％时，预测值与实测值也显示出非常好的拟合效果。证实了因子设计法用于抑制ASR膨胀的胶凝材料设计时有很好的适用性。
　　本文的研究揭示了湘江砂和卵石存在碱活性，采用这类骨料的工程发生碱-骨料反应的可能性极大，必须予以重视；工程中对胶凝材料的设计，不仅要能够考虑ASR膨胀，同时还要保证其它耐久性指标的要求，因此，首次将因子设计法应用于抑制碱骨料反应的胶凝材料设计，采用这种方法设计胶凝材料是非常有必要的。

目录

文摘

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论文基本信息

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附表索引

第1章 绪论

1.1 引言

1.2 研究目的和意义

1.3 研究内容和论文的组成

第2章 文献综述

2.1 混凝土中的碱-骨料反应

2.1.1 碱-骨料反应的定义和分类

2.1.2 碱-硅反应的机理

2.1.3 碱的来源及对膨胀的影响

2.1.4 碱活性骨料

2.2 骨料碱活性的测试方法

2.3 碱-骨料反应的预防和抑制措施

2.3.1 控制混凝土的碱含量

2.3.2 使用非活性骨料

2.3.3 掺矿物掺合料

2.3.4 掺化学外加剂

2.3.5 其它缓解措施

2.4 正交设计法介绍及应用

2.5 本章小结

第3章 实验原材料及方法

3.1 实验原材料

3.1.1 胶凝材料

3.1.2 骨料

3.1.3 化学药品

3.2 胶凝材料组成

3.2.1 七组基准胶凝材料组成

3.3.2 预测点的胶凝材料组成

3.3 实验方法

3.3.1 岩相观察和分析

3.3.2 砂、石碱活性快速试验方法

3.3.3 快速砂浆棒法

3.2.4 环境扫描电镜

第4章 湘江砂卵石碱活性测定

4.1 岩相分析

4.1.1 湘阴段砂和卵石的岩相分析

4.1.2 湘潭段砂和卵石的岩相分析

4.1.3 望城段砂和卵石的岩相分析

4.2 压蒸法评定

4.3 快速砂浆棒法

4.3.1 湘阴段砂和卵石快速砂浆棒法评定

4.3.2 湘潭段砂和卵石快速砂浆棒法评定

4.3.3 望城段砂和卵石快速砂浆棒法评定

4.4 环境扫描电镜观察

4.5 本章小结

第5章 湘江砂卵石碱活性抑制效果

5.1 湘阴段砂和卵石碱活性抑制

5.2 湘潭段砂和卵石碱活性抑制

5.3 望城段砂和卵石碱活性抑制

5.4 环境扫描电镜观察

5.5 本章小结

第6章 抑制碱-骨料反应的胶凝材料设计

6.1 实验设计

6.2 含湘阴段砂和卵石胶凝材料设计

6.2.1 含湘阴段砂的试验

6.2.2 含湘阴段卵石的试验

6.3 含湘潭段砂和卵石胶凝材料设计

6.3.1 含湘潭段砂的试验

6.3.2 含湘潭段卵石的试验

6.4 含望城段砂和卵石胶凝材料设计

6.4.1 含望城段砂的试验

6.4.2 含望城段卵石的试验

6.5 结果讨论

6.6 本章小结

第7章 碱-骨料反应膨胀值预测

7.1 方法原理

7.2 方程的建立

7.3 预测结果的验证

7.3.1 含湘潭段砂的膨胀值的预测

7.3.2 含湘潭段卵石的膨胀值的预测

7.3.3 预测值与实测值的比较

7.4 本章小结

结论与建议

参考文献

致谢

附录A(攻读学位期间所发表的学术论文)