原材料对混凝土体积变化和裂缝形成的影响研究

摘要

高效减水剂与矿物外加掺合料的复合使用使混凝土走进高性能的时代,随着高性能混凝土的发展,在混凝土密实性、工作性和耐久性方面都取得了突破性进展,但在体积稳定性和抗裂方面却没有明显进展,裂缝的存在会给侵蚀性介质的侵人提供通道,使耐久性提高的效果付之东流。裂缝的产生与混凝土原材料息息相关,因此,原材料对混凝土体积变化和裂缝形成的影响研究迫在眉睫。 本文按照以下层进式科研思路研究：原材料影响混凝土体积变化的机理→原材料对混凝土收缩应力及裂缝形成的影响→有效补偿收缩应力的研究。主要研究内容： 研究了水泥、高效减水剂、矿物掺合料构成的多元胶凝材料浆体的收缩机理特征,确定了原材料对混凝土体积变化的影响机理；研究了约束状态下原材料对混凝土收缩应力的影响因素,对混凝土开裂趋势进行了判定,确定了混凝土裂缝形成的强弱因子；最后,对高效混凝土膨胀剂减少收缩裂缝的机理、膨胀能的调控方法以及提高补偿收缩能力的技术途径进行了研究。 研究表明： 减水剂减小了硬化浆体毛细孔壁同水的接触角,加剧了硬化浆体的收缩；矿物掺合料活性不同,形成不同的孔结构,造成各不相同收缩特征：粉煤灰改善了浆体的收缩,硅灰加剧了浆体的收缩,而磨细矿渣对收缩的影响与掺量有关。 收缩应力和干燥收缩开裂概率随着强度和限制程度的提高而增大,成为裂缝形成的主要影响因素；流动度对裂缝形成的影响不显著；硅灰、低掺量磨细矿粉增大收缩开裂概率,而粉煤灰、高掺量的磨细矿粉均降低了开裂风险。 通过调整矿物成分和控制颗粒级配制成的高性能膨胀剂在不同水化时期拥有不同的膨胀源,具有膨胀速率快,膨胀稳定期早、膨胀能高的特点,在水养护阶段产生一定的膨胀自应力,干燥过程中早期建立的自应力能够抵消干缩应力,大幅度提高混凝土的抗裂能力。

目录

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第1章 绪论

1.1 研究背景和意义

1.2 原材料对混凝土体积变化和裂缝形成影响的研究现状

1.2.1 收缩机理

1.2.2 混凝土原材料对收缩的影响

1.2.3 水泥混凝土收缩开裂理论

1.2.4 现代混凝土收缩开裂的特点

1.2.5 防止混凝土收缩开裂的现有技术措施

1.3 存在的主要问题

1.4 本文的研究内容

第2章试验方法及原材料

2.1 混凝土收缩开裂试验及评价方法

2.1.1 收缩应力试验方法

2.1.2 混凝土收缩开裂评价方法

2.2 试验方法

2.2.1 配合比设计

2.2.2 水泥浆接触角测量方法

2.2.3 水泥净浆干燥收缩试验方法

2.2.4 混凝土性能

2.2.5 膨胀剂膨胀率

2.2.6 总孔隙率

2.2.7 孔结构

2.2.8 射线衍射分析(XRD)

2.2.9 扫描电镜/能谱分析(SEM/EDS)

2.3 试验原材料

2.3.1水泥

2.3.2 粉煤灰

2.3.3 磨细矿渣粉

2.3.4 硅灰

2.3.5 膨胀剂

2.3.6 减水剂

2.3.7 砂子

2.3.8 石子

第3章原材料对混凝土体积变化的影响

3.1 纯水泥单一胶凝材料浆体的收缩特征

3.1.1 水灰比对水泥浆体干缩的影响

3.1.2 水灰比影响水泥浆体干缩的机理

3.2 水泥与减水剂复合体系的干燥收缩特征

3.2.1 减水剂掺量对水泥浆体干缩的影响

3.2.2 减水剂品种对水泥浆体干缩的影响

3.3 水泥、矿物掺合料与减水剂多元复合体系的干燥收缩特征

3.3.1 矿物掺合料种类对水泥浆体干缩

3.3.2 矿物掺合料掺量对水泥浆体干缩

3.3.3 矿物掺合料影响水泥浆体干缩的机理

3.4 本章小结

第4章裂缝形成的影响研究

4.1 混凝土强度对收缩开裂的影响

4.1.1 混凝土强度对收缩应力的影响

4.1.2 混凝土强度对收缩开裂的影响

4.2 限制程度对裂缝形成的影响

4.2.1 限制程度对收缩应力的影响

4.2.2 限制程度对收缩开裂的影响

4.3 混凝土流动度对裂缝形成的影响

4.3.1 混凝土流动度对收缩应力的影响

4.3.2 混凝土流动度对收缩开裂的影响

4.4 矿物外加剂对裂缝形成的影响

4.4.1 矿物外加剂对收缩应力的影响

4.4.2 矿物外加剂对收缩开裂的影响

4.5 本章小结

第5章高效膨胀剂减少混凝土收缩裂缝的研究

5.1 水化膨胀机理的研究

5.2 膨胀速度和膨胀能的调控方法

5.2.1 化学调控机理

5.2.2 物理调控机理

5.3 高效膨胀剂的膨胀特征

5.4 补偿收缩能力的研究

5.4.1 混凝土强度对限制膨胀率的影响

5.4.2 配筋率对限制膨胀率的影响

5.4.3 内养护对限制膨胀率的影响

5.5 膨胀剂对多元复合胶凝材料混凝土裂缝形成的影响

5.6 本章小结

结论和进一步的研究方向

参考文献

致谢