高性能快速修补混凝土的研究与应用

摘要

该文以超细粉煤灰为基材,研制并开发出粉煤灰复合超细粉快速修补专用掺合料(CUFA Ⅱ)系列产品,等量取代水泥≥30％,配制的高性能快速修补砼(HPRRC)在12~48h内达到开放交通的要求,解决了破损的水泥砼路面整板翻修后快速开放交通这一问题,并大大降低工程成本.该产品是一种新型的环保绿色建材,应用前景十分广阔.该文主要研究成果如下:1、在系统研究了超细粉煤灰的物理性能、形貌、粉体效应微观机理的基础上,采用粉体优化组合、活化激发技术,复配的CUFA Ⅱ产品与32.5R及以上的普通硅酸盐水泥配制的HPRRC可达到12~48h开放交通所需的最低强度指标要求.2、在大量试验研究的基础上,考虑到耐久性对化学成分的要求,参照即将出台的《高强高性能砼用矿物外加剂》(报批稿)和国外相关标准参加编制了该产品国内第一个超细粉煤灰矿物外加剂的企业标准Q/DBAA001-2002.3、采用有限元方法,建立数值模型,模拟在标准轴载条件下新老砼的受力状态,得出了修补区砼开放交通新老砼界面的临界粘结强度.4、采用多元回归分析方法探讨了影响12h、24h、28d高性能快速修补砼抗折强度的因素;还对影响HPRRC干缩性能、耐久性能的因素进行了分析,确定了HPRRC配合比设计参数.配制出和易性优良(坍落度30mm)12~48h能满足开放交通的HPRRC.5、HPRRC力学性能、耐久性能试验结果表明:无论早期还是后期,其折压比均比普通砼的有所提高,脆性有所降低;新老砼粘结性能优良;并具有优异的抗冻性、抗渗性、耐磨性,抗氯离子渗透能力强;体积稳定性大为提高,抗裂性好.6、通过优化HPRRC的配比,用与老混凝土强度接近的新混凝土对老混凝土进行修补后,在普通试验机和MTS试验机上对新老混凝土的本构关系进行了试验研究.7、自行研制的混凝土表面粗糙度测定仪,仪器设备简单,测试精度高,数据采集自动化,为评价混凝上断裂面的粗糙度提供了一种快速有效的测试仪器.8、硬化浆体的化学结合水量、XRD、SEM试验结果表明:CUFAⅡ粉体减水增强效应、火山灰效应和微集料密实填充效应,大大提高了硬化水泥石的早期强度.9、HPRRC现已推广应用9.34万m<'3>,使用至今未发现有开裂现象,耐久性优良,用户反映良好.

目录

文摘

英文文摘

原创性声明及关于学位论文使用授权说明

第一章绪论

1.1问题的提出

1.2水泥混凝土路面快速修补技术国内外动态

1.3本文研究内容

1.4本文的创新之处

第二章CUFAII的研制及作用机理探讨

2.1 CUFA Ⅱ的研制

2.1.1前言

2.1.2 CUFAⅡ的研制思路

2.1.3超细粉煤灰的物理化学性质及形貌

2.1.4超细粉煤灰对砂浆或混凝土的作用效应

2.1.5超细粉煤灰活性激发剂的优选

2.2 CUFAⅡ作用机理探讨

2.2.1粉煤灰活性激发及研究近况

2.2.2 CUFAⅡ作用机理试验设计

2.2.3水泥石化学结合水量分析

2.2.4硬化浆体XRD分析

2.2.5硬化浆体SEM分析

2.2.6 CUFAⅡ的减水增强效应

2.3本章小节

第三章高性能快速修补混凝土的配制研究

3.1高性能快速修补混凝土的配制原理和路线

3.2高性能快速修补混凝土开放变通时间控制参数的确定

3.2.1抗折强度、抗压强度

3.2.2新老混凝土界面粘结强度计算

3.2.3修补区混凝土可开放交通控制参数的确定

3.3高性能快速修补混凝土的配合比设计

3.3.1影响高性能快速修补混凝土性能的因素分析

3.3.2高性能快速修补混凝土配合比参数的确定

3.3.3高性能快速修补混凝土配合比设计方法

3.4高性能快速修补混凝土的配制

3.4.1原材料

3.4.2试验方法（注：后续章节的试验方法均在此列出）

3.4.3高性能快速修补混凝土的配制结果

3.5本章小节

第四章高性能快速修补混凝土的力学性能及耐久性能研究

4.1抗压强度、抗折强度

4.2其它力学性能

4.3 HPRRC与老混凝土的粘结性能

4.4高性能快速修补混凝土的部分耐久性能及干缩性能研究

4.4.1抗渗性能

4.4.2抗冻性能

4.4.3氯离子渗透试验

4.4.4干缩性能

4.4.5耐硫酸盐腐蚀性能

4.4.6高性能快速修补混凝土的耐磨性能

4.4.7抗裂性能试验研究

4.5本章小结

第五章新—老混凝土本构关系试验研究

5.1试验设计及试验方法

5.1.1试验用原材料和混凝土配合比

5.1.2试验组数和尺寸

5.1.3界面处理

5.1.4试验方法

5.2试验结果及分析

5.2.1破坏过程和形态

5.2.2棱柱体抗压强度fpr

5.2.3峰值应变εpr

5.2.4弹性模量分析

5.2.5HPRRC、新—老混凝土应力—应变全曲线拟合方程的确定

5.2.6普通试验机上HPRRC、新—老混凝土、老混凝土应力—应变全曲线的拟合和应变比率的比较分析

5.2.7 MTS试验机上HPRRC、新—老混凝土、老混凝土应力—应变全曲线的拟合和应变比率的比较分析

5.3本章小结

第六章分形理论及其在新老混凝土粘结强度中的应用研究

6.1分形几何理论

6.1.1分形几何简介

6.1.2标度区间与分维的基本概念

6.1.3分维的计算

6.2材料断面分数维的测量方法

6.3混凝土表面粗糙度的测定方法

6.3.1日本学者的凸凹仪法

6.3.2灌砂法

6.3.3粗骨料暴露的百分比

6.3.4用分形维数法测量混凝土粘结面的粗糙度

6.4本章研究内容

6.5试验结果的分析

6.5.1不同强度等级高性能快速修补混凝土对新老混凝土粘结强度的影响

6.5.2混凝土表面粗糙度对新老混凝土粘结强度的影响

6.5.3混凝土表面粗糙度测定仪的研制、测试和数据处理方法

6.5.4混凝土表面分形特征与新—老混凝土粘结强度的关系

6.5.5老混凝土表面粗糙度评价参数的确定

6.6本章小节

第七章高性能快速修补混凝土的施工工艺和质量保证体系

7.1原材料的质量控制

7.1.1水泥

7.1.2粗细骨料

7.1.3 CUFAⅡ

7.2施工工艺控制

7.2.1施工工艺

7.2.2实地勘测

7.2.3修复方案的确定

7.2.4垫层、地基的准备和打底

7.2.5高性能快速修补混凝土的摊铺

7.2.6整平

7.2.7养生

7.2.8接缝

7.3合格控制

7.3.1外观检查

7.3.2强度控制

第八章高性能快速修补混凝土应用情况及经济效益分析

8.1高性能快速修补混凝土的应用

8.1.1广东省佛山市南海区公路局的应用情况

8.1.2江西省吉安市吉安公路分局直属公路段的应用情况

8.1.3长益高速公路的应用情况

8.2经济效益分析

第九章结论

参考文献

致谢

攻读博士学位期间发表的主要论文和科研工作