微膨脹無(wú)機(jī)聚合物鋼管混凝土基本力學(xué)性能試驗(yàn)研究.pdf

1、無(wú)機(jī)聚合物混凝土（IPC）是以工業(yè)廢棄料礦渣或粉煤灰等硅鋁質(zhì)材料為膠凝材料，通過(guò)堿激發(fā)劑將其中的Si-O-Al-O或Si-O-Si鏈激活，促使其解聚后重新聚合成具有-Si-O-Al-O-Si或-Si-O-Si-的網(wǎng)狀聚合物材料。IPC具有快硬、早強(qiáng)、耐酸堿腐蝕、能耗低、節(jié)能環(huán)保、耐儲(chǔ)備等一系列優(yōu)點(diǎn)，已成為國(guó)內(nèi)外科學(xué)界乃至工程界研究的熱點(diǎn)問(wèn)題。鋼管混凝土組合結(jié)構(gòu)具有優(yōu)越的結(jié)構(gòu)受力性能以及施工便捷的特性。對(duì)于應(yīng)急工程和救災(zāi)工程，速度是關(guān)鍵，

2、本文在這一課題背景下創(chuàng)新性的將IPC與鋼管結(jié)合形成無(wú)機(jī)聚合物鋼管混凝土新型材料組合結(jié)構(gòu)。
　　論文圍繞這一新型材料組合結(jié)構(gòu)，對(duì)IPC材料的配合比設(shè)計(jì)、制備及該材料的靜力學(xué)和動(dòng)力學(xué)性能展開(kāi)了深入研究；鋼管與核心混凝土協(xié)同工作要求二者間必須保持較好的整體性，這就要求核心混凝土具有一定的體積微膨脹或補(bǔ)償收縮性能，故此進(jìn)一步開(kāi)展了IPC膨脹性能研究；對(duì)微膨脹無(wú)機(jī)聚合物鋼管混凝土的受壓力學(xué)性能及其界面粘結(jié)性能進(jìn)行了研究。取得的主要?jiǎng)?chuàng)新成果如

3、下：
　?。?）無(wú)機(jī)膠凝材料的水化研究顯示其水化速率隨溫度升高而加快，且水化放熱量增多；對(duì)于堿激發(fā)礦渣體系，粉煤灰的摻入可有效降低膠凝材料的水化速率和放熱量；水化過(guò)程試驗(yàn)顯示無(wú)機(jī)膠凝材料水化過(guò)程可分為初始水解期、水化加速期和穩(wěn)定期三個(gè)階段；堿激發(fā)劑中水玻璃模數(shù)在1.0到2.0的范圍內(nèi)變化，隨著水玻璃模數(shù)增大無(wú)機(jī)膠凝材料凝結(jié)時(shí)間和強(qiáng)度均降低，當(dāng)水玻璃模數(shù)為1.5時(shí)、摻量為20％時(shí)凝結(jié)時(shí)間、強(qiáng)度和可拌和性均良好；
　?。?）IP

4、C的干縮性能試驗(yàn)顯示其干縮量較大，其干縮過(guò)程與波特蘭水泥類似，可分為加速發(fā)展階段（1-7d）、緩慢發(fā)展階段（7-14d）和平穩(wěn)波動(dòng)階段（14-28d）三個(gè)階段；硫鋁酸鈣-氧化鈣類膨脹劑（EA）可使IPC產(chǎn)生一定的膨脹能，補(bǔ)償其體積干縮，膨脹性能的微觀分析（SEM、XRD、XRF、TG-DSC）結(jié)果顯示此類膨脹劑在IPC中起到膨脹動(dòng)力的主要是Ca(OH)2，由于體系中OH?離子濃度較高，致使2+Ca、24SO?離子濃度相對(duì)較低，不足以生成

5、鈣礬石；將氧化鈣進(jìn)行改性后摻量達(dá)到10%時(shí)IPC發(fā)生明顯膨脹；
　?。?）IPC具有較高的早期強(qiáng)度，1d立方體抗壓強(qiáng)度為40.50MPa，EA的摻入對(duì)IPC早期（1d、3d）強(qiáng)度具有提高作用，對(duì)后期（28d）強(qiáng)度影響不明顯；IPC界面過(guò)渡區(qū)的SEM微觀分析顯示其過(guò)渡區(qū)結(jié)合緊密，粘結(jié)強(qiáng)度較高；同強(qiáng)度等級(jí)條件下IPC的軸心抗拉強(qiáng)度、彈性模量、泊松比均略優(yōu)于普通混凝土，彎拉強(qiáng)度與普通混凝土持平，EA的摻入對(duì)該材料彎拉強(qiáng)度具有降低作用；<

6、br>　　（4）動(dòng)態(tài)沖擊荷載作用下IPC表現(xiàn)出較好的應(yīng)變率增強(qiáng)效應(yīng)，動(dòng)態(tài)峰值應(yīng)變均大于0.003，強(qiáng)度均有所提高，動(dòng)態(tài)強(qiáng)度與應(yīng)變率正相關(guān)效應(yīng)顯著。試樣動(dòng)態(tài)沖擊試驗(yàn)數(shù)值模擬最大偏差僅13%，破壞形態(tài)從試樣中部向外邊緣擴(kuò)展；
　?。?）微膨脹無(wú)機(jī)聚合物鋼管混凝土的受壓破壞過(guò)程可分為彈性階段、彈塑性階段、塑性階段及破壞階段共四個(gè)階段；SEM分析顯示 EA的摻入對(duì)增強(qiáng)核心混凝土與鋼管間的密切結(jié)合具有良好效果；理論計(jì)算分析顯示現(xiàn)行規(guī)范中《鋼

7、管混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與技術(shù)規(guī)程》CECS28:2012的計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)值最為接近；偏壓試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)橫向變形系數(shù)維持在0.275左右時(shí)，鋼管套箍效應(yīng)明顯；
　?。?）鋼管混凝土界面粘結(jié)性能研究顯示，隨 EA摻量增加界面粘結(jié)性能有所提升，而同EA摻量下微膨脹無(wú)機(jī)聚合物鋼管混凝土界面粘結(jié)性能不及普通鋼管混凝土；本文尺寸類型的圓鋼管混凝土界面最大粘結(jié)力出現(xiàn)在自由端70mm-80mm左右；膨脹劑摻量在0%到12%范圍內(nèi)的普通C60鋼管混凝土，界面粘