粉煤灰-矿渣基地聚物混凝土基本性能及早期收缩研究

摘要

桥梁工程是基础建设中土建工程的重要组成部分，新材料的研发和应用是促进桥梁工程发展的重要途径。混凝土是目前用途最广、用量最大的一种建筑材料，但是普通水泥混凝土的环境问题在如今低碳交通建设的时代不符合可持续发展的要求。地聚物混凝土是一种具有良好潜能、性能优异的绿色混凝土，不仅可以降低混凝土行业的碳排放，促进混凝土与环境的协调发展，而且能促进矿物废料的资源化。　　本文分析讨论了地聚物力学特性及其影响因素以及地聚物的收缩特性，并针对目前有待进一步研究的粉煤灰-矿渣复合基地聚物的基本性能和收缩性能进行了试验研究，讨论了其关键影响因素——粉煤灰-矿渣质量比和养护条件的作用效果，主要工作和成果如下：　　(1)对矿渣基、粉煤灰基、偏高岭土基以及复合基地聚物进行分析，综述了其基本力学特性和收缩特性。　　(2)基于净浆、砂浆和混凝土试验分析了液胶比、碱液比、水玻璃模数以及高温养护条件和时长的影响，确定了地聚物配合比的主要参数，为后续试验研究提供了合适的基本参数。　　(3)详细测量了不同粉煤灰-矿渣质量比的地聚物混凝土在不同养护条件下的体积吸水率、抗压强度、劈裂抗拉强度，研究了养护条件对粉煤灰-矿渣基地聚物混凝土基本性能的影响，研究表明不同粉煤灰-矿渣质量比的地聚物混凝土的最佳养护条件不同，高温养护可加速强度发展，提高早期强度；无论高温与否，相比于标准养护，粉煤灰-矿渣地聚物更适合养护湿度较低的室温养护；此外，分析了普通混凝土强度经时变化规律对地聚物混凝土的适用性，国内常用模型均高估了地聚物的早龄期强度，国外常用的CEB-FIP模型和ACI209模型相比于国内的模型而言误差较小，对未经高温养护的试件强度预测较好，CEB-FIP模型对地聚物混凝土的强度经时变化规律适用性最强。　　(4)基于不同养护条件下不同粉煤灰-矿渣质量比地聚物混凝土的体积吸水率、抗压强度、劈裂抗拉强度，研究了组分对粉煤灰-矿渣基地聚物混凝土基本性能的影响，并通过从组分的不同成分角度来研究其作用效果，经对比基本性能与矿渣-粉煤灰质量比、三个关键参数以及碱质量系数和Ca-Si摩尔比之间的关系，明确碱质量系数QA1=[Na2O/(SiO2)2·Al2O3·CaO]/B对组分中的主要成分考虑全面，对基本性能和组分之间的量化效果最佳。　　(5)测试了室温养护条件下不同粉煤灰-矿渣质量比的地聚物混凝土28天内的干燥收缩和自收缩，分析了试件早龄期开裂风险和组分对收缩性能的影响，结果表明干燥收缩随矿渣含量的增加而减小，自收缩随矿渣含量的增加而增加；并对试验数据进行拟合得出了收缩表达式以及收缩速率，此外，指出了从短期收缩试验资料推断长期收缩变形的合适公式，并研究了既有混凝土干燥收缩模型对于地聚物混凝土的适用性，发现GL2000在选择恰当的K值时可基本预测粉煤灰-矿渣基地聚物混凝土的干燥收缩，指数函数更适合作为地聚物混凝土收缩模型中收缩随时间发展的函数。

目录

声明

第1章绪论

1.1 研究背景与意义

1.2 地聚物力学特性和收缩的国内外研究现状

1.2.1 地聚物的力学特性

1.2.2 地聚物收缩

1.3 本文的研究内容

第2章地聚物配合比及养护条件初步探索

2.1 原材料

2.2 试件制备及养护

2.3 试验结果分析

2.3.1 不同液胶比和碱液比的净浆试验结果分析

2.3.2 不同碱液比和水玻璃模数的砂浆试验结果分析

2.3.3 不同高温养护条件和养护时长的混凝土试验结果分析

2.4 本章小结

第3章地聚物混凝土基本性能和早期收缩试验概况

3.1 粉煤灰-矿渣基地聚物混凝土配合比

3.2 粉煤灰-矿渣基地聚物混凝土试件制备与养护

3.2.1 试件尺寸

3.2.2 试件制备

3.2.3 试件养护

3.3 试验方法

3.3.1 强度试验

3.3.2 体积吸水率试验

3.3.3 早期收缩试验

3.3.4 微观测试

3.3.5 弹性模量试验

3.4 本章小结

第4章粉煤灰-矿渣基地聚物混凝土基本性能分析

4.1 养护条件对基本性能的影响

4.1.1 养护条件对体积吸水率的影响

4.1.2 养护条件对28d 立方体强度的影响

4.1.3 养护条件对混凝土拉压比的影响

4.1.4 养护条件对混凝土强度经时变化的影响

4.1.5 普通混凝土强度经时变化规律对地聚物的适用性

4.2 硅铝酸盐矿物原材料组分对基本性能的影响

4.2.1 组分对粉煤灰-矿渣基地聚物聚合产物的影响

4.2.2 粉煤灰-矿渣质量比对基本性能的影响

4.2.3 三个关键参数对基本性能的影响

4.2.4 其他组分参数对基本性能的影响

4.2.5 碱质量系数QA1的适用性分析

4.3 本章小结

第5章粉煤灰-矿渣基地聚物混凝土早期收缩分析

5.1 早期自由收缩测试结果分析

5.1.1早期自由收缩测试结果

5.1.2 早龄期开裂风险评估

5.1.3 自由收缩与组分之间的关系

5.2 早期收缩分析模型

5.2.1 粉煤灰-矿渣基地聚物混凝土早期收缩表达式

5.2.2 粉煤灰-矿渣基地聚物混凝土早期收缩速率

5.2.3 从短期收缩试验资料推断长期收缩变形

5.2.4 既有混凝土干燥收缩模型对于地聚物混凝土的适用性

5.3 本章小结

结论与展望

主要研究结论

研究展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及参与的科研项目