矿物掺合料对PHC管桩混凝土性能的影响

摘要

C80预应力高强混凝土(Prestressed High-Strength Concrete，即PHC)管桩，广泛应用于各种桩基工程。石英粉、矿粉、粉煤灰是常用的三种矿物掺合料，鉴于目前有关这三种掺合料对压蒸工艺制备PHC管桩混凝土性能的差异性影响研究报道较少，本文系统地研究了三种矿物掺合料对PHC管桩混凝土的力学性能、界面性能、抗氯离子渗透性能及抗硫酸盐侵蚀性能的影响。
　　本研究主要内容包括：⑴单、双掺石英粉、矿粉、粉煤灰对PHC管桩混凝土立方体抗压强度(fcu)、劈裂抗拉强度(fts)和轴心抗压强度(fcp)影响的研究结果表明，与纯水泥混凝土试件相比，掺量在10％-30%范围内，单掺石英粉对提高fcu和fcp幅度效果最明显，次之是单掺矿粉，在掺量不超过10%时单掺粉煤灰对fcu和fcp稍有提高，超过10%时则会降低fcu和fcp；石英粉和粉煤灰、矿粉和粉煤灰在满足fcu和fcp要求的前提下，石英粉和粉煤灰、矿粉和粉煤灰两两双掺有利于提高fts。⑵与纯水泥混凝土试件相比，无论单掺或两两复掺矿物掺合料石英粉、矿粉、粉煤灰，均可提高PHC管桩混凝土的韧性，而掺入粉煤灰的效果最为明显。SEM分析表明，掺入粉煤灰的压蒸净浆试件中水化产物大孔少，形成了较为明显的空间网架结构，有利于提高管桩混凝土的韧性。⑶矿物掺合料对PHC管桩混凝土的应力-应变关系的影响研究表明，不同掺合料对PHC管桩混凝土的峰值应力和峰值应变的影响规律与其对立方体抗压强度的类似，均呈单调线性增加趋势。三种掺合料制备的PHC管桩高强混凝土的应力-应变曲线上升段相近，应力达到峰值的范围均在峰值应力的80%～90%，当应力达峰值前曲线的上升段基本变成了直线，临界裂缝应力点和峰值应力接近；但是下降段区别较大，掺入粉煤灰或矿粉时，下降段较为平缓，掺入石英粉时下降段斜率较大，呈直线。在试验的基础上，构建了掺矿物掺合料PHC管桩混凝土的应力-应变本构模型。⑷矿物掺合料对PHC管桩混凝土水泥石和骨料界面性质的影响研究表明，压蒸工艺制备的管桩混凝土的水泥石和骨料的界面仍存在明显的界面过渡区，与纯水泥混凝土试件相比，掺入石英粉、矿粉、粉煤灰界面过渡区的CH厚度均有所减小，掺合料对显微硬度的影响规律与对立方体抗压强度的影响规律相似。⑸矿物掺合料对PHC管桩混凝土的抗氯离子渗透性和抗硫酸盐腐蚀性的影响研究表明，与纯水泥混凝土试件相比，掺入掺合料的混凝土抗氯离子渗透性均有所提高，双掺掺合料的效果优于单掺的；单掺石英粉会降低PHC管桩混凝土的抗硫酸盐侵蚀性，单掺矿粉、粉煤灰或三种矿物掺合料两两双掺均有利于提高PHC管桩混凝土的抗硫酸侵蚀性。压汞试验表明掺入矿物掺合料均能有效改善管桩混凝土的孔结构，但是单掺石英粉会增加有害孔含量，这是单掺石英粉降低管桩混凝土抗硫酸盐侵蚀性的主要原因。

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1 绪论

1.1 研究背景

1.2 PHC管桩的养护工艺及生产特点

1.3 PHC管桩混凝土的胶凝材料体系及特点

1.4 PHC管桩混凝土的国内外研究现状及存在问题

1.5 研究内容

2 原材料与试验方法

2.1 原材料

2.2试验方法

3 矿物掺合料对蒸养和压蒸养砂浆抗压强度的影响

3.1 养护工艺的确定

3.2 矿物掺合料对砂浆抗压强度的影响

3.3 本章小结

4 矿物掺合料对PHC管桩混凝土基本力学性能的影响

4.1 PHC管桩混凝土基准配合比的确定

4.2 矿物掺合料对PHC管桩混凝土立方体抗压强度fcu的影响

4.3 矿物掺合料对PHC管桩混凝土劈裂抗拉强度fts的影响

4.4 矿物掺合料对PHC管桩混凝土轴心抗压强度fcp的影响

4.5 矿物掺合料对PHC管桩混凝土力学性能影响的机理探讨

4.6 本章小结

5 矿物掺合料对PHC管桩混凝土单调受压的应力-应变关系的影响

5.1 高强混凝土单轴受压应力-应变关系分析

5.2 影响应力-应变曲线下降段的因素

5.3 矿物掺合料对PHC管桩混凝土单调受压应力-应变关系的影响

5.4 PHC管桩混凝土应力-应变曲线的几何特征

5.5 PHC管桩混凝土应力-应变的本构关系

5.6 本章小结

6 矿物掺合料对PHC管桩混凝土界面的影响

6.1 矿物掺合料对PHC管桩混凝土界面显微硬度的影响

6.2 界面的微观形貌

6.3 本章小结

7 矿物掺合料对PHC管桩混凝土抗氯离子渗透性及抗硫酸盐侵蚀性的影响

7.1 混凝土的抗氯离子渗透性和抗硫酸盐侵蚀性

7.2 矿物掺合料对PHC管桩混凝土抗氯离子渗透性和抗硫酸盐侵蚀性的影响

7.3 本章小结

8 结论与展望

8.1 主要结论

8.2 展望

参考文献

致谢

攻读博士学位期间已发表的学术论文

攻读博士学位期间主持和参与的主要科研项目