碱激发矿渣混凝土的力学性能和荷载下的传输性能

摘要

碱激发矿渣材料因其高强、高耐久性、高耐火性、绿色环保等优点备受社会各界关注，是硅酸盐水泥的理想替代物。但是目前该材料距工程推广应用还有一段距离，其研究有待进一步补充完善，尤其对于荷载作用下相关性能的研究。在实际工程中，混凝土结构都是在荷载作用下工作的，所以研究荷载作用下的机械性能和抗侵蚀性能，对预测碱激发矿渣材料服役寿命有重要意义。
　　本文通过激发剂种类、激发剂碱度、粉煤灰是否掺入以及水玻璃模数四个方面，研究短期轴压荷载和长期弯曲荷载对碱激发矿渣混凝土机械性能、毛细吸水和氯离子扩散性的影响。同时，使用扫描电镜、压汞、氮吸附等方法探究其微观形貌与孔结构特征。重要的研究结果如下：
　　（1）激发剂种类、Na2O和SiO2浓度以及粉煤灰/矿渣比例，均影响着AASC力学性能。其中，激发剂种类改变（氢氧化钠变为水玻璃）的影响最为显著。
　　（2）比裂缝面积可以直接反映微裂缝的生成数量，但若是应用于不同种类的混凝土，效果欠佳，因为其无法评估轴压荷载的压实作用；体积变化Vc很好的弥补了上一方法的弊端，通过体积膨胀、收缩评价损伤或压实；动弹性模量能够较为敏感地捕捉裂缝，尤其是对于前期低应力水平时。发现，混凝土的荷载损伤情况与应力水平关系密切，临界应力出现在0.85fc左右。此外，激发剂浓度的提升有益于抵抗荷载损伤。
　　（3）水玻璃激发试件在轴压荷载作用下，有明显的压实现象；相比之下，氢氧化钠激发试件的压实现象并不明显。这与不同激发剂激发矿渣的收缩开裂情况有关。
　　（4）激发剂碱浓度的提升有益于提升抗传输性能。未受荷载作用的水玻璃激发混凝土，其表观氯离子扩散性、毛细吸水性和水分吸附能力均高于NaOH激发，这与强度和孔隙率的结果相悖。实际上，孔隙率的差异不能反应二者传输性的关系，因为两种激发剂激发试件的临界孔径均小于100nm，该尺度的孔径对传输性的影响极小。此外，硅酸钠激发矿渣材料收缩开裂严重，有较多初始裂缝，降低了抵抗离子传输的能力。
　　（5）荷载作用造成混凝土内部损伤，传输性加剧。低荷载水平作用后的水玻璃混凝土试件，其氯离子扩散速率因为压实作用有所下降。但该现象没有出现在毛细吸水实验中,这是因为毛细作用比扩散作用对孔结构变化更加敏感。荷载损伤表征证明低应力水平荷载同样可以对混凝土试件造成损伤，所以即使在35%应力水平作用后，毛细吸水速率也有了明显的提升。
　　（6）水玻璃激发试件比氢氧化钠激发试件具有更强的抗弯曲荷载损伤能力。粉煤灰的掺加使抗荷载损伤性能降低。弯曲荷载水平的提升加速了氯离子的入侵，其影响程度随着暴露时间的增长而提升。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 碱激发矿渣混凝土的研究背景

1.2 本课题的研究目的及意义

1.3 本课题的主要研究内容

第二章 原材料及试验方案

2.1试件的选材及制备

2.2 试验方案

第三章 碱激发矿渣混凝土基本力学性能及微观结构

3.1 碱激发矿渣混凝土基本力学性能

3.2 微观结构

3.3 本章小结

第四章 碱激发矿渣混凝土的荷载损伤及表征

4.1 短期轴压荷载作用后的荷载损伤表征

4.2 长期弯曲荷载作用下的荷载损伤表征

4.3 本章小结

第五章 荷载作用对碱激发矿渣混凝土传输性能影响

5.1碱激发混凝土的毛细吸水性

5.2 碱激发混凝土的氯离子扩散性

5.3 碱激发混凝土的湿扩散(吸附)性能

5.4 本章小结

第六章 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文及参与项目

致谢