蒸養(yǎng)混凝土的熱損傷效應(yīng)及其改善措施研究.pdf

1、論文針對(duì)我國鐵路預(yù)應(yīng)力混凝土預(yù)制構(gòu)件存在的脆性大和表層易開裂等關(guān)鍵技術(shù)難題和當(dāng)前高速鐵路建設(shè)中對(duì)預(yù)應(yīng)力混凝土預(yù)制構(gòu)件的重大需求，在總結(jié)國內(nèi)外相關(guān)最新研究成果的基礎(chǔ)上，基于高速鐵路工程結(jié)構(gòu)中主要的蒸養(yǎng)混凝土預(yù)制構(gòu)件特點(diǎn)，運(yùn)用混凝土材料科學(xué)、物理化學(xué)原理等相關(guān)理論知識(shí)，就蒸養(yǎng)熱效應(yīng)對(duì)混凝土微觀結(jié)構(gòu)和性能的損傷及其作用機(jī)制進(jìn)行了較為系統(tǒng)深入的研究，取得的主要?jiǎng)?chuàng)新成果如下:
　　(1)系統(tǒng)研究了蒸汽養(yǎng)護(hù)條件下混凝土在預(yù)養(yǎng)、升溫、恒溫及降溫

2、階段的變形規(guī)律及其主要影響因素、蒸養(yǎng)混凝土微觀結(jié)構(gòu)和宏觀性能及其相互關(guān)系，將蒸養(yǎng)過程對(duì)混凝土微觀結(jié)構(gòu)和性能的不利影響歸納為三種熱損傷效應(yīng):腫脹變形效應(yīng)、表層傷損效應(yīng)和熱脆化效應(yīng)。
　　(2)混凝土在蒸養(yǎng)過程中發(fā)生的不可恢復(fù)的殘余變形定義為腫脹變形?；谀[脹變形機(jī)理及其關(guān)鍵因素的分析，建立了定量描述蒸養(yǎng)期內(nèi)各階段蒸養(yǎng)混凝土的腫脹變形模型，試驗(yàn)驗(yàn)證了模型的有效性;研究表明了蒸養(yǎng)混凝土腫脹變形在蒸養(yǎng)期內(nèi)各階段呈現(xiàn)不同特性;明確了蒸養(yǎng)混凝

3、土體系內(nèi)液（氣）相含量是決定其腫脹變形大小的關(guān)鍵因素。
　　(3)通過微觀與宏觀試驗(yàn)剖析了蒸養(yǎng)過程對(duì)水泥混凝土水化物相和微觀結(jié)構(gòu)的不利影響，而且這種不利影響對(duì)暴露于蒸養(yǎng)室的混凝土表層區(qū)尤甚，使得蒸養(yǎng)混凝土的微觀結(jié)構(gòu)與宏觀性能（如毛細(xì)吸水性、氯離子遷移性能以及碳化性能等）由表層至內(nèi)部呈現(xiàn)更大的梯度分布特征，勻質(zhì)性降低;相對(duì)于標(biāo)養(yǎng)混凝土和蒸養(yǎng)混凝土內(nèi)部，蒸養(yǎng)混凝土暴露表層部分（約10mm范圍）的微結(jié)構(gòu)較為疏松，而內(nèi)部結(jié)構(gòu)相對(duì)更為致密，

4、即蒸養(yǎng)混凝土表層傷損效應(yīng)。論文揭示了混凝土蒸養(yǎng)表層區(qū)熱損傷效應(yīng)的變化規(guī)律及其發(fā)生機(jī)制，并提出了采用毛細(xì)吸水性試驗(yàn)的表征方法和吸水性系數(shù)評(píng)價(jià)指標(biāo)。
　　(4)通過測(cè)量帶模養(yǎng)護(hù)、單面開放蒸養(yǎng)條件下混凝土內(nèi)外的溫度場(chǎng)分布，計(jì)算各截面溫差應(yīng)力，結(jié)果表明，近表層區(qū)混凝土由于溫差過大極易受到損傷，而蒸養(yǎng)混凝土內(nèi)部各截面處的溫差很小，溫差應(yīng)力致使結(jié)構(gòu)受損的可能性大為降低。通過分析蒸養(yǎng)過程中發(fā)生的混凝土表里熱質(zhì)傳輸，表明混凝土暴露表層區(qū)由于水分的

5、蒸發(fā)而形成貫通毛細(xì)孔，表層區(qū)處于低約束熱膨脹狀態(tài)和降溫階段的冷縮應(yīng)力亦增大了損傷程度。蒸養(yǎng)引發(fā)的表層與內(nèi)部熱效應(yīng)不均勻造成了蒸養(yǎng)混凝土表層結(jié)構(gòu)的損傷，是導(dǎo)致蒸養(yǎng)混凝土由表及里微結(jié)構(gòu)梯度變化增大的主要原因。
　　(5)通過測(cè)試不同養(yǎng)護(hù)溫度下混凝土沖擊韌性、拉壓比及折壓比性能，明確了蒸養(yǎng)對(duì)混凝土熱脆化效應(yīng)的影響規(guī)律。研究表明，蒸養(yǎng)混凝土的熱脆化效應(yīng)是導(dǎo)致蒸養(yǎng)預(yù)制構(gòu)件出現(xiàn)開裂、崩裂及掉塊等質(zhì)量缺陷的主要原因。通過水化物相形貌觀察和C-S

6、-H組成分析，認(rèn)為蒸養(yǎng)混凝土的粗晶結(jié)構(gòu)、新生物比表面降低導(dǎo)致粘結(jié)力下降和蒸養(yǎng)降溫階段的冷縮導(dǎo)致過渡區(qū)產(chǎn)生應(yīng)力集中或出現(xiàn)微裂縫是產(chǎn)生熱脆化效應(yīng)的主要機(jī)理。
　　(6)基于對(duì)蒸養(yǎng)混凝土熱損傷效應(yīng)影響因素及其作用機(jī)理分析，研發(fā)了顯著改善蒸養(yǎng)混凝土性能的膠凝材料體系與技術(shù)措施。摻用粉煤灰、礦渣或粉煤灰、礦渣和適量硅灰復(fù)摻，顯著降低了蒸養(yǎng)混凝土的總孔隙率和最可幾孔徑;采用保濕蒸養(yǎng)工藝以及蒸養(yǎng)結(jié)束后預(yù)制構(gòu)件的后續(xù)水養(yǎng)護(hù)方法可有效緩解蒸養(yǎng)混凝土