大流動(dòng)度高強(qiáng)高性能混凝土(HFS-HPC)配制技術(shù)及其水分?jǐn)U散與自收縮研究.pdf

1、在現(xiàn)代混凝土技術(shù)發(fā)展過程中，高工作度、高強(qiáng)度、高耐久性一直是高性能混凝土研究的重點(diǎn)。其中高強(qiáng)高性能化仍是高性能混凝土的主要發(fā)展方向之一。 水對(duì)混凝土服役壽命起著至關(guān)重要的作用。研究水在高性能混凝土不同服役階段中的變化與影響作用顯得十分重要。水分?jǐn)U散與自干燥是高性能混凝土中水分變化的最常見的現(xiàn)象，也是影響高性能混凝土耐久性的主要原因。本文正是以水在高性能混凝土中不同階段的變化與影響為研究主線索，采用混凝土內(nèi)部相對(duì)濕度測(cè)定、XR

2、D、SEM、DSC、MIP、激光粒度分布、X熒光分析等試驗(yàn)方法，借助物理化學(xué)、熱動(dòng)力學(xué)、物理力學(xué)、數(shù)值分析等基礎(chǔ)理論，通過對(duì)大流動(dòng)度高強(qiáng)高性能混凝土(HFS-HPC)的宏觀性能、耐久性能、水化特性、微觀結(jié)構(gòu)、水分?jǐn)U散、自干燥與自收縮性能的系統(tǒng)試驗(yàn)、典型工程的實(shí)際應(yīng)用、混凝土內(nèi)部相對(duì)濕度變化機(jī)制與自收縮機(jī)理的理論分析，揭示了大流動(dòng)高強(qiáng)混凝土的組成、結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系，自干燥與水分?jǐn)U散對(duì)其內(nèi)部相對(duì)濕度的影響規(guī)律，并建立了高性能混凝土

3、早期自收縮的數(shù)學(xué)預(yù)測(cè)模型。論文的主要工作成果概括如下： 一、HFS-HPC配制技術(shù)及其組成與性能的關(guān)系 根據(jù)混凝土基礎(chǔ)理論與研究結(jié)果，提出在HFS-HPC配合比設(shè)計(jì)思想中應(yīng)用兩個(gè)基本理論公式：Feret強(qiáng)度公式與Farris模型。應(yīng)用Feret公式通過有限的配合比參數(shù)對(duì)混凝土的強(qiáng)度進(jìn)行預(yù)測(cè)，根據(jù)Farris模型對(duì)混凝土的工作度進(jìn)行控制。據(jù)此定性的提出了HFS-HPC配合比設(shè)計(jì)思想和配合比設(shè)計(jì)步驟，并配制出初始坍落度為20±

4、1cm、2小時(shí)坍落度在17cm以上、28d強(qiáng)度在100MPa以上、高耐久性的HFS-HPC。系統(tǒng)研究了HFS-HPC的材料組成與性能的關(guān)系。應(yīng)用廣州與上海兩地的原材料，均配制出HFS-HPC，試驗(yàn)結(jié)果有相同的規(guī)律，具有較好的復(fù)演性。配制出的HFS-HPC并在廣州工程中成功應(yīng)用。 二、HFS-HPC的水化特性與微觀結(jié)構(gòu)研究 采用XRD、SEM、DSC、MIP、激光粒度分布、x熒光分析等微觀測(cè)試手段，研究了水泥-硅灰-磨細(xì)礦渣三

5、組分膠凝材料漿體體系的水化過程、水化產(chǎn)物特性、復(fù)合膠凝效應(yīng)以及復(fù)合高效減水劑對(duì)HFS-HPC性能的影響機(jī)理等。從微觀、次微觀層次揭示HFS-HPC結(jié)構(gòu)形成機(jī)理主要在于：火山灰效應(yīng)、超疊效應(yīng)、緊密堆積效應(yīng)和微集料效應(yīng)。與普通混凝土完全不同的水化產(chǎn)物數(shù)量與形貌、孔隙率與孔徑分布以及界面過渡區(qū)的特征是HFS-HPC具有大流動(dòng)度、高強(qiáng)、低脆、高耐久的根本原因。 三、考慮自干燥時(shí)等溫干燥條件下混凝土中水分?jǐn)U散的研究 以熱力學(xué)理論為基礎(chǔ)

6、推導(dǎo)出等溫干燥條件下混凝土中水分?jǐn)U散的非線性微分方程，認(rèn)為混凝土內(nèi)部相對(duì)濕度主要受水分?jǐn)U散與自干燥的控制。在國(guó)內(nèi)首次提出了混凝土內(nèi)部相對(duì)濕度測(cè)定的試驗(yàn)方法，并系統(tǒng)研究不同水灰比、膠凝材料體系的水泥漿體與混凝土水分?jǐn)U散與自干燥引起的內(nèi)部相對(duì)濕度變化規(guī)律。并與傳統(tǒng)質(zhì)量損失方法的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了比較。研究結(jié)果充分證明，混凝土內(nèi)部相對(duì)濕度測(cè)定方法能有效地反映了混凝土內(nèi)部因水分?jǐn)U散與自干燥效應(yīng)引起的水分變化。水分?jǐn)U散引起的內(nèi)部相對(duì)濕度變

7、化受水灰比、礦物摻合料種類與摻量、漿體含量等因素影響。水分?jǐn)U散系數(shù)是水灰比的函數(shù)，同時(shí)又是齡期的函數(shù)，隨齡期增長(zhǎng)而呈非線性下降?；诨炷林兴?jǐn)U散的試驗(yàn)結(jié)果，對(duì)混凝土中水分?jǐn)U散的非線性微分方程進(jìn)行數(shù)值分析與求解，理論計(jì)算值與試驗(yàn)值具有較好的一致性。 四、高性能混凝土自干燥效應(yīng)及其內(nèi)部相對(duì)濕度預(yù)測(cè)模型 試驗(yàn)系統(tǒng)研究不同水灰比、礦物摻合料及其摻量等因素對(duì)高性能混凝土自干燥引起的內(nèi)部相對(duì)濕度影響，并從水化動(dòng)力學(xué)角度分析了混凝土內(nèi)

8、部相對(duì)濕度變化機(jī)制。提出了礦物自干燥效應(yīng)系數(shù)k與有效水膠比re的參數(shù)概念，并利用這些參數(shù)，采用非線性最小二乘法對(duì)混凝土自干燥引起的內(nèi)部相對(duì)濕度試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行非線性Levenberg-markuardt迭代擬合。最終建立高性能混凝土早期因自干燥引起的內(nèi)部相對(duì)濕度預(yù)測(cè)模型。采用提出的預(yù)測(cè)模型對(duì)文獻(xiàn)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測(cè)，試驗(yàn)值與預(yù)測(cè)值具有很高的一致性。 五、高性能混凝土的自收縮性能、改善措施及預(yù)測(cè)模型 應(yīng)用千分計(jì)與差動(dòng)式電阻應(yīng)變計(jì)的試

9、驗(yàn)方法，系統(tǒng)研究了不同水灰比、礦物摻合料及其摻量等因素對(duì)水泥漿體與混凝土自收縮的影響，對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析，探討了同-齡期下密封的水泥漿體與混凝土內(nèi)部相對(duì)濕度與其相應(yīng)的自收縮之間的相關(guān)性，并研究了高性能混凝土自收縮改善措施。從物理力學(xué)、熱力學(xué)角度探討了產(chǎn)生混凝土自收縮的機(jī)理，并分析了高性能混凝土孔結(jié)構(gòu)與自收縮之間的關(guān)系。研究結(jié)果證實(shí)密封的水泥漿體與混凝土內(nèi)部相對(duì)濕度與自收縮大小具有非常顯著的線性相關(guān)性，尤其對(duì)于低水膠比的高