引气天然浮石轻骨料混凝土性能的试验研究

摘要

在寒冷地区，研究混凝土材料的抗冻性问题是解决混凝土耐久性问题的一个重要方面。而引气已成为提高混凝土抗冻性的一项主要措施广泛应用于各种混凝土工程中，并取得了明显的经济效益和社会效益。本文以天然浮石作为粗骨料，设计了两种强度等级（LC20、LC30）的浮石轻骨料混凝土，主要研究了引气剂的加入对混凝土拌合物工作性、物理力学性能、抗冻耐久性、微观结构的影响，讨论了浮石轻骨料混凝土的抗冻预测模型。 本文首先对浮石轻骨料混凝土拌合物工作性、物理力学性能进行了系统试验与研究，结果表明：随着含气量的增加，轻骨料混凝土拌和物坍落度逐渐增大，干表观密度、抗压强度逐渐减小，而且浮石轻骨料混凝土抗压强度下降速度比普通混凝土白勺要快。对于劈裂抗拉强度和抗折强度而言，随着含气量的增加，强度先增加后减小。试验还发现，轻骨料混凝土的破坏形态与普通混凝土存在差别，裂纹的扩展几乎不受轻骨料阻碍而贯穿轻骨料，致使轻骨料混凝土的破坏过程比较突然，表现出较强的脆性特征。但随着引气剂的加入，改变了浮石轻骨料混凝土的破坏形式，降低了脆性，有效地提高了轻骨料混凝土的韧性，即引气轻骨料混凝土的韧性大于非引气轻骨料混凝土。其次，通过对不同强度等级、不同含气量的混凝土进行冻融循环试验，测出其相应冻融循坏次数的动弹性模量和质量损失，判断其抗冻性，并观察破坏形态。对于LC25组混凝土，结果表明：虽然非引气浮石轻骨料混凝土的含气量较大，但其抗冻性仍然不理想，要想提高抗冻性，还需引气。而引气后的浮石轻骨料混凝土随着含气量的增加，质量损失的增长速度和动弹性模量的下降速度逐渐减慢，浮石轻骨料混凝土的抗冻性能逐步增强。对于LC30组混凝土，结果表明：随着含气量的增加，浮石轻骨料混凝土的抗冻耐久性是先降低后提高，抗冻性不仅与含气量有关，还与强度有关。因此，对于本试验的LC30浮石轻骨料混凝土，要想提高混凝土的抗冻耐久性，必须加入足够量的引气剂，这样才能保证在混凝土强度下降的同时，抗冻耐久性也能提高。另外，本文根据抗冻试验所得到的结果，结合已有的抗冻预测模型，建立了适用于浮石轻骨料混凝土的抗冻耐久性预测模型。最后，本文结合浮石轻骨料混凝土的立方体抗压试验，利用SEM和EDXA，对浮石轻骨料混凝土的水化产物、界面过渡区以及各种元素在界面过渡区的分布特征进行了研究。结果表明：在浮石轻骨料内水分的自养护作用下，水泥水化反应程度较高，生成国家自然科学基金项目《寒区水工建筑物耐久性机理研究》（10762002）内蒙古自治区自然科学基金项目《寒区水工建筑物混凝土耐久性机理的研究》（200711020708） 的部分水化_产物填充和弥补了轻骨料的原始缺陷，使轻骨料混凝土的受力性能得到改善；浮石轻嚣料混凝土的破坏主要是在砂浆和轻骨料内部，而很少在它们的界面过渡区，浮石与水泥石界面过渡区，成了浮石轻骨料混凝土中强度较高的部分。

目录

文摘

英文文摘

声明

1 引言

1.1 课题的研究背景

1.2轻骨料及轻骨料混凝土

1.2.1 轻骨料

1.2.2轻骨料混凝土

1.3轻骨料混凝土国内外研究现状

1.3.1 国外研究现状

1.3.2 国内研究现状

1.4 国内外混凝土引气概况

1.4.1 国外混凝土引气概况

1.4.2 国内混凝土引气概况

1.5本论文的研究意义

1.6本论文的研究内容

1.7本章小结

2试验

2.1试验原材料

2.1.1 水泥

2.1.2粗骨料

2.1.3细骨料

2.1.4其他

2.2试验内容与方法

2.2.1 配合比设计

2.2.2试件尺寸

2.2.3试件制作与养护

2.2.4新拌轻骨料混凝土坍落度、含气量的测试

2.2.5浮石轻骨料混凝土干表观密度的测试

2.2.6力学性能的测试

2.2.7抗冻耐久性试验

2.2.8浮石轻骨料混凝土SEM试验

2.3本章小结

3含气量对浮石轻骨料混凝土拌合物工作性及物理力学性能的影响

3.1 概述

3.2含气量对浮石轻骨料混凝土拌合物工作性及干表观密度的影响

3.3含气量对浮石轻骨料混凝土力学性能的影响

3.3.1 立方体抗压强度

3.3.2轴心抗压强度

3.3.3弹性模量

3.3.4劈裂抗拉强度

3.3.5抗折强度

3.4本章小结

4引气剂对浮石轻骨料混凝土抗冻耐久性的影响

4.1 概述

4.2混凝土耐久性研究现状

4.3冻融破坏机理

4.4混凝土抗冻性的主要影响因素

4.5浮石轻骨料混凝土的破坏形态

4.5.1 同一试件不同冻融循环次数的破坏形态

4.5.2不同试件破坏形态比较

4.5.3 同一混凝土试件不同面的破坏形态

4.5.4立方体试件冻融循环后的破坏形态

4.6抗冻耐久性试验结果及分析

4.7本章小结

5浮石轻骨料混凝土抗冻耐久性预测模型

5.1 引言

5.2材料的损伤度

5.3混凝土损伤本构模型

5.3.1 弹性损伤模型

5.3.2混凝土弹塑性损伤模型

5.3.3混凝土随机损伤本构关系

5.4混凝土疲劳累积损伤理论

5.4.1 线性累积损伤理论

5.4.2非线性累积损伤理论

5.4.3基于连续介质损伤力学的疲劳累积损伤理论

5.5混凝土抗冻性预测模型

5.5.1 蔡昊模型

5.5.2许丽萍模型

5.5.3李金玉模型

5.6浮石轻骨料混凝土抗冻性预测模型

5.6.1 基于动弹性模量的损伤模型

5.6.2基于李金玉模型基础上的浮石轻骨料混凝土抗冻预测模型

5.7本章小结

6浮石轻骨料混凝土的显微结构

6.1 概述

6.2界面过渡区概述

6.3轻骨料混凝土微观结构特点

6.4浮石轻骨料混凝土SEM图像及分析

6.4.1 轻骨料

6.4.2 水化产物

6.4.3界面过渡区

6.5本章小结

7结论与展望

7.1 结论

7.1.1 引气浮石轻骨料混凝土拌合物工作性及物理力学性能

7.1.2引气浮石轻骨料混凝土的抗冻耐久性

7.1.3 引气浮石轻骨料混凝土抗冻预测模型

7.1.4天然浮石轻骨料的显微结构

7.2展望

致 谢

参考文献

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