海工高抗裂混凝土研究及應(yīng)用.pdf

1、近些年來隨著高性能混凝土在海港工程中的廣泛應(yīng)用，僅中交集團系統(tǒng)每年的使用量就達數(shù)百萬方混凝土。由于目前海港工程的構(gòu)件趨向于高強度、超長、大截面尺寸等，在加上工程工期趕工要求以及施工環(huán)境因素惡劣等綜合作用，導致一些橋梁、碼頭、隧道、鐵路以及市政工程不同部位混凝土出現(xiàn)了不同程度的裂縫，嚴重影響了結(jié)構(gòu)的使用性能以及長期耐久性能。高性能混凝土的材料劣化及耐久性失效主要來自于載荷破壞及非載荷破壞兩大方面，其中非載荷破壞因素占主導，主要體現(xiàn)在混凝土

2、材料的體積穩(wěn)定性、各種化學侵蝕以及物理沖擊磨損等三個方面，體積穩(wěn)定性則是高性能混凝土耐久性的重要方面。無法自愈合裂縫的出現(xiàn)、衍變及擴展是混凝土結(jié)構(gòu)耐久性開始走向失效的標志，是材料劣化老化、結(jié)構(gòu)損傷功能退化的宏觀表現(xiàn)形式。鋼筋的銹蝕導致結(jié)構(gòu)承載力的降低、整體剛度降低以及外觀表面損傷直接影響著混凝土結(jié)構(gòu)的可靠度。積極開展混凝土結(jié)構(gòu)裂縫控制技術(shù)研究，是開展混凝土結(jié)構(gòu)耐久性研究體系中的重要組成部分。 本論文主要針對高性能混凝土高膠凝材料

3、用量、低水膠比、輔助于高效減水劑及大摻量礦物摻合料的配合比特點，從高強高性能混凝土物理力學性能、體積穩(wěn)定性能、熱力學性能等三個主要方面，采用一系列特種試驗手段（混凝土的基本物理力學指標、膠凝材料水化熱、混凝土絕熱溫升、不同膠凝材料體系的干燥收縮、自收縮、約束開裂試驗等），全面考核不同膠凝材料組成體系的開裂敏感性能。并借助現(xiàn)代測試手段（X-衍射、掃描電鏡、色譜質(zhì)譜、紅外光譜、壓汞儀、差熱分析等）刨析了特種抗裂材料減縮劑的作用機理，分析了高

4、抗裂混凝土的內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)。以工作性、力學性、耐久性、經(jīng)濟性及抗裂性作為高性能混凝土配合比設(shè)計準則，實現(xiàn)高性能混凝土的早期抗裂性和長期耐久性協(xié)調(diào)發(fā)展，創(chuàng)建高性能混凝土的抗裂能力評價體系，在室內(nèi)配合比設(shè)計優(yōu)化階段以實現(xiàn)裂縫預(yù)控制為最終目標。 主要研究結(jié)論如下： （1）在普通混凝土強度齡期變化統(tǒng)計公式的基礎(chǔ)上，建立了高強高性能混凝土強度與齡期的關(guān)系公式，以分段不連續(xù)函數(shù)的方式可對高強高性能混凝土強度進行預(yù)測。高強高性能混凝土不

5、同齡期的折壓比在9～11%，拉壓比在6～8%，軸壓比在65～80%，彈壓比在500～700倍；握壓比在7%左右。28天混凝土的極限拉伸率在70～110μξ之間，軸心抗拉彈性模量約為抗壓彈性模量的1．0～1．1倍。以此可指導高性能混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計。 （2）干燥收縮試驗表明：隨膠凝材料總量的增加，混凝土干燥收縮趨勢越來越大，使用礦物摻合料后，能夠降低混凝土的總干燥收縮變形總量，但初始階段干燥收縮量大并且收縮速率較高。使用JS，特別是U

6、EA-JS復(fù)合使用可以顯著降低早期的干燥收縮變形量及收縮速率。自收縮試驗表明：在混凝土澆注3天后自收縮已經(jīng)完成主要部分；約束開裂試驗表明：在提高膠凝材料抗裂性能特種外加劑應(yīng)用效果方面：膨脹劑和減縮劑復(fù)合使用>單摻減縮劑>單摻膨脹劑>聚丙烯纖維，在提高膠凝材料自生體積穩(wěn)定性能和抗裂性能方面：（硅灰、礦粉、粉煤灰）二元或三元復(fù)合>粉煤灰>礦粉>硅灰； （3）統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)自收縮占混凝土總收縮變形的比重在20%左右，自收縮總量可以按照干燥收

7、縮總量的25%來估算。并建立了干燥自生體積變形預(yù)測公式 （4）通過數(shù)理統(tǒng)計及回歸分析，以42．5級硅酸鹽早強水泥為基礎(chǔ)，初步建立了3天，28天取代水泥量與放熱量減小率之間的函數(shù)關(guān)系式。并依此可理論計算混凝土的3，28天絕熱溫升； （5）所制備的多功能摻合料能夠配制C45級以上混凝土，抗?jié)B等級可以達到S17，滲透電量小于1000庫侖，干燥收縮變形小于200μξ，推遲了放熱峰出現(xiàn)的時間以及降低了最高放熱速率，28天絕熱溫升顯

8、著降低，小于45℃；因其使用時替代水泥量50%，性價比大幅度提高。 （6）通過水液體表面張力、水泥粒子的初始電動電位以及早期電阻率試驗分析了減縮劑作用機理，減縮劑和目前第二、第三代減水劑具有很好的相容性。通過孔結(jié)構(gòu)分析、水化產(chǎn)物形貌分析、XRD分析、DTG分析可以知道SRA單獨作用并不改變水泥中的CH含量，但與膨脹劑復(fù)合后，能夠增強水化產(chǎn)物的結(jié)晶度，提高微孔比率，降低孔隙率，密實混凝土結(jié)構(gòu)，對后期膠凝材料的水化無負面影響。