水泥基材料塑性收缩与干燥收缩研究

摘要

就目前土木工程领域中大量使用的C30或C40混凝土而言,塑性收缩及干缩收缩是导致工程裂缝频频出现的两大主要因素.针对这两大因素拾漏并深入的研究,对于有效控制、延缓和阻止工程裂缝的出现以及提高混凝土结构的综合性能具有突出的现实意义.在归纳分析国内外对塑性收缩、干燥收缩及其裂缝研究的基础上,该文提出了目前研究中存在的主要问题或漏点:(1)在塑性收缩裂缝的评价上,主观性强,效率低,精度差;(2)在减缩剂开发研究的机理上,角度比较单一,而且就其对水泥基材料力学性能的负面影响缺乏有效的试验解释;(3)在纤维和膨胀剂改善干缩效果的研究上,所提供的参考性和对比性较差;(4)在塑性收缩抗裂(特别是聚丙烯纤维的抗裂效果)机理的解释上,缺乏有力的数据支持.针对这四个主要问题,该文展开了颇具探索性的研究.围绕图像采集、图像处理和图像分析这三个核心流程,利用图像分析技术进行塑性收缩裂缝的定量评价研究,并用Delphi语言设计开发了裂缝图片分析软件.在此基础上,从试验装置和试验制度两个角度,探求出与之较匹配的塑性收缩抗裂测试方法.研究表明,该技术具有相对直观、便捷和精确的优势,利于进行混凝土裂缝的定量分析研究,并具备相当的深开发和参考价值.从提高浆体内部保水性和降低孔溶液表面张力两个角度,主要通过初选试验、正交试验及掺量和对比试验进行了减缩剂产品的初步开发研制.结合两种专业减缩剂产品,进行了塑性收缩抗裂及对砂浆力学性能影响的试验研究.结果表明,减缩剂能较大幅度的降低干燥收缩,相对较小的提高塑性收缩抗裂能力,并在一定程度上降低砂浆的力学性能.从塑性抗拉强度、表面水份蒸发率和孔结构三个角度对其机理进行了试验分析.结果表明,减缩剂在一定程度上降低塑性抗拉强度,增大水份蒸发率和孔隙率,并增加孔径大于0.1μm的孔的含量.从限制收缩和补偿收缩角度,较系统的测试了膨胀剂、纤维(聚丙烯纤维、钢纤维)及其复合对混凝土不同龄期干缩的影响.结果表明,膨胀剂及其与纤维复合较好的补偿和抑制混凝土的干缩,其早期(28d前)效果要好于减缩剂;但长期(28d)效果差于减缩剂.若结合工程的经济性问题及水泥基材料的整体性能,膨胀剂与聚丙烯纤维复合是一条良好的技术路径.在测试聚丙烯纤维种类及参数(掺量、长度和截面形状)对塑性收缩抗裂影响的基础上,从塑性抗拉强度和表面水分蒸发率两个角度来分析其中的作用机理.结果表明,聚丙烯纤维的抗裂效果主要取决于D*L<,df>(掺量和长径比的数值乘积)和表面形态(截面形状),其作用机理主要在于提高塑性抗拉强度.在此基础上,提出了聚丙烯纤维效应的物理模型.

目录

文摘

英文文摘

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第一章绪论

1.1本文的研究背景和意义

1.2混凝土塑性收缩及其裂缝研究现状

1.2.1混凝土塑性收缩及其裂缝概述

1.2.2塑性收缩及其裂缝产生机理

1.2.3塑性收缩抗裂试验方法

1.2.4塑性收缩抗裂评价方法

1.2.5塑性收缩开裂改善措施

1.3混凝土干燥收缩及其裂缝研究现状

1.3.1混凝土干缩及其裂缝概述

1.3.2干燥收缩机理

1.3.3干燥收缩改善措施

1.4现有研究中存在的问题

1.4.1塑性收缩抗裂研究

1.4.2干燥收缩研究

1.5本文的研究内容和意义

第二章塑性收缩抗裂试验与评价方法研究

2.1塑性收缩抗裂评价方法研究

2.1.1图像分析法的研究介绍

2.1.2图像分析法的流程

2.1.3本文的图像分析软件研究

2.2试验方法研究

2.2.1试验原材料

2.2.2试验试模

2.2.3试验制度

2.3本章小结

第三章干燥收缩改善措施研究

3.1研究概述

3.2减缩剂的研制

3.2.1研制思路和过程

3.2.2原材料性能、试验指标和方法

3.2.3减缩剂组分的初选试验

3.2.4减缩剂组分的正交试验研究

3.2.5减缩剂的掺量和对比试验

3.2.6减缩剂对砂浆力学性能的影响

3.2.7本节小结

3.3纤维和膨胀剂对混凝土干缩的影响

3.3.1研究简介

3.3.2试验原材料及其性能

3.3.3试验设计与配合比

3.3.4试验结果与分析

3.3.5本节小结

3.4本章小结

第四章塑性收缩抗裂措施研究

4.1研究概述

4.2不同种类PPF的改善效果

4.2.1试验原材料及其性能

4.2.2试验方案及方法

4.2.3试验结果与分析

4.3 PPF参数的改善效果

4.3.1研究简介

4.3.2试验原材料、方法及方案

4.3.3试验结果与分析

4.4减缩剂及其与PPF混掺的改善效果

4.5本章小结

第五章塑性收缩及干燥收缩改善机理研究

5.1研究概述

5.2 PPF改善塑性收缩抗裂机理

5.2.1简介

5.2.2纤维阻裂理论

5.2.3试验分析

5.2.4开裂面积率与塑性抗拉强度的关系

5.2.5本节小结

5.3减缩剂改善塑性收缩抗裂机理

5.3.1减缩剂对塑性抗拉强度的影响

5.3.2减缩剂对水份蒸发率的影响

5.3.3本节小结

5.4减缩剂改善干燥收缩机理

5.4.1简介

5.4.2减缩剂作用的理论基础

5.4.3试验分析

5.4.4本节小结

5.5本章小结

第六章结论与展望

6.1结论

6.2展望

参考文献

作者在学期间发表的论文和取得的学术成果清单

致谢