混凝土材料與結(jié)構(gòu)熱變形損傷機理及抑制技術(shù)研究.pdf

1、水泥混凝土材料是一種非均質(zhì)的多相復(fù)合材料，其中各組成物相的熱膨脹性能均不相同。當環(huán)境溫度發(fā)生劇烈變化時，混凝土內(nèi)各組分間會產(chǎn)生不均勻的熱膨脹，并由此產(chǎn)生熱應(yīng)力，以致界面出現(xiàn)微裂紋，嚴重時會引起混凝土結(jié)構(gòu)的開裂。本論文針對大溫差地區(qū)的氣候特征，系統(tǒng)模擬研究了水泥混凝土材料在大溫差環(huán)境(室溫～85℃)服役下各組成相間熱膨脹性能的差異。通過觀察水泥混凝土材料在熱疲勞循環(huán)作用下的性能變化，深入研究了硬化水泥石和水泥混凝土的熱膨脹性能及物相間熱相

2、互作用機理。在此基礎(chǔ)上，對比了不同摻量下粉煤灰、硅灰和苯丙乳液對水泥混凝土材料熱膨脹性能的影響，探討了適應(yīng)于大溫差地區(qū)下的熱變形協(xié)調(diào)性混凝土制備技術(shù)。此外，本論文還采用了紅外熱像儀研究了混凝土結(jié)構(gòu)的溫度分布與熱損傷趨勢分析，并結(jié)合實體工程對我國北方大溫差地區(qū)的空心薄壁墩結(jié)構(gòu)進行了時變溫度效應(yīng)規(guī)律和熱應(yīng)力研究。
　　 試驗結(jié)果表明，在室溫～85℃的溫度范圍內(nèi)，硬化水泥石和粗集料的熱膨脹性能存在明顯的差異。水泥混凝土經(jīng)多次熱疲勞循環(huán)

3、后，界面過渡區(qū)產(chǎn)生微裂紋，并沿著集料邊緣方向擴展，且微裂紋的寬度隨熱疲勞循環(huán)次數(shù)的增加而增大。隨著熱疲勞循環(huán)次數(shù)的增加，水泥混凝土的抗壓強度逐漸降低。
　　 粉煤灰、硅灰和苯丙乳液的摻入，均能不同程度的降低硬化水泥石的熱膨脹率和熱膨脹系數(shù)，其降低程度隨外摻物摻量的增加而增大。粉煤灰能降低升溫早期的熱膨脹率及熱膨脹系數(shù)，硅灰對升溫后期的熱膨脹率及熱膨脹系數(shù)影響較大，苯丙乳液能同時大幅降低水泥石最大熱膨脹參數(shù)和最小熱膨脹參數(shù)。

4、>　　 粉煤灰、硅灰和苯丙乳液的摻入均能對混凝土的熱膨脹系數(shù)有不同程度的降低效果，苯丙乳液影響效果最大，粉煤灰影響效果其次，硅灰影響效果最小。利用粉煤灰、硅灰和苯丙乳液制備的熱變形協(xié)調(diào)性混凝土均能不同程度的改善混凝土熱疲勞循環(huán)后的宏觀和微觀性能，宏觀性能體現(xiàn)在熱疲勞循環(huán)后，摻外摻物的混凝土抗壓強度損失均能得到不同程度的減小，混凝土內(nèi)部的微裂縫也得到一定程度的控制。
　　 粉煤灰、硅灰的摻入可降低水泥混凝土材料中Ca(OH)2的

5、含量并改善其孔結(jié)構(gòu)，從而能有效限制水泥混凝土材料的熱膨脹性能。苯丙乳液的摻入能在水泥混凝土材料中的C-S-H凝膠和未水化水泥顆粒表面形成了一層密實的聚合物薄膜，因此增強了材料的韌性，形成了一個膨脹“緩沖區(qū)”，從而降低了水泥混凝土材料自身的熱膨脹系數(shù)。
　　 在上述研究的基礎(chǔ)上，通過采用礦物摻和料、有機聚合物等對水泥漿體熱膨脹性能的調(diào)節(jié)，提高了水泥漿體、砂漿和粗集料之間的熱變形協(xié)調(diào)性，從而發(fā)展了具有較高抗熱膨脹變形能力的熱變形協(xié)調(diào)

6、性混凝土設(shè)計和制備技術(shù)。
　　 利用紅外熱像儀和溫度傳感器對大溫差條件混凝土結(jié)構(gòu)的溫度分布進行了觀察和分析，重點探討了結(jié)構(gòu)表面溫度分布與其內(nèi)部結(jié)構(gòu)特征之間的關(guān)系。在此基礎(chǔ)上，發(fā)展了基于溫度分布的混凝土結(jié)構(gòu)損傷發(fā)展趨勢的無損評估方法。利用此方法，不但可以直接發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)表面附近的宏觀缺陷(空鼓、蜂窩等)，還可以判斷在大溫差作用下，混凝土的溫度場分布、結(jié)構(gòu)熱應(yīng)力和熱損傷發(fā)展趨勢，為防止結(jié)構(gòu)熱損傷的發(fā)生提供技術(shù)支撐。論文還結(jié)合我國內(nèi)蒙古阿