水泥混凝土道面結(jié)構(gòu)收縮補(bǔ)償與裂縫修復(fù)研究.pdf

1、水泥混凝土道面裂縫的形成和發(fā)展演化非常復(fù)雜,其對(duì)結(jié)構(gòu)的使用性、安全性和耐久性影響重大,實(shí)現(xiàn)裂縫控制和修復(fù)更是一個(gè)系統(tǒng)性的工程難題。基于水泥混凝土材料水化、凝結(jié)和硬化過程中的固有特性,采用全周期膨脹補(bǔ)償收縮理論,以廢棄的工業(yè)尾礦為原料,制備具有早、中期和后期穩(wěn)定膨脹的高性能復(fù)合膨脹材料,系統(tǒng)研究組成、結(jié)構(gòu)和性能間的相互關(guān)系,揭示其水化動(dòng)力學(xué)特征和膨脹機(jī)理,提高水泥混凝土道面的主動(dòng)抗裂能力;同時(shí),針對(duì)水泥混凝土道面服役過程中的微細(xì)裂縫,為實(shí)

2、現(xiàn)快速可靠的修復(fù)以阻礙有害介質(zhì)的侵入,研制了丙烯酸類和環(huán)氧樹脂共聚的高性能修補(bǔ)材料,闡明其性能特征和修復(fù)機(jī)理,提高水泥混凝土道面的防裂能力。論文研究有利于控制裂縫的產(chǎn)生和發(fā)展,抑制和降低道面結(jié)構(gòu)性能的劣化,對(duì)提高水泥混凝土道面結(jié)構(gòu)的耐久性和服役壽命具有重要的理論和工程應(yīng)用價(jià)值。
　　(1)鑒于傳統(tǒng)膨脹劑的性能缺點(diǎn),通過對(duì)白云石和菱鎂石工業(yè)尾礦的優(yōu)化配伍及煅燒制度設(shè)計(jì),研究了不同組份、煅燒溫度和保溫時(shí)間等因素對(duì)高性能復(fù)合膨脹材料結(jié)構(gòu)

3、與性能的影響特征,確定了適宜的制備技術(shù),研制了不同組份和性能的膨脹材料;分析了摻不同類型和用量膨脹材料水泥漿體凝結(jié)時(shí)間、標(biāo)準(zhǔn)稠度需水量和強(qiáng)度的變化規(guī)律,結(jié)果表明標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量和凝結(jié)時(shí)間稍有增加,水泥漿體抗折強(qiáng)度提高6％~15%,而抗壓強(qiáng)度略有增長;研究了水泥砂漿在不同齡期的自由變形、干縮變形和限制變形的變化特征,結(jié)果表明復(fù)合膨脹材料具有早、中和后期補(bǔ)償收縮功能、且膨脹速率和總量可控,較高養(yǎng)護(hù)溫度與濕度以及適宜煅燒制度有利于膨脹效應(yīng)的發(fā)揮

4、,在高溫環(huán)境中的限制收縮可達(dá)到常溫中的數(shù)倍。
　　(2)研究了壓蒸制度對(duì)膨脹混凝土膨脹率的影響特征,分析了壓蒸前后混凝土抗壓和抗折強(qiáng)度的變化規(guī)律;研究了膨脹材料種類、用量和養(yǎng)護(hù)溫度等對(duì)混凝土自由變形、限制變形及自生變形在不同齡期的發(fā)展速率,用數(shù)值方法擬合了膨脹率的時(shí)變函數(shù);計(jì)算了高性能復(fù)合膨脹材料的膨脹指數(shù),分析了其隨膨脹材料摻量和養(yǎng)護(hù)溫度的變化特征;對(duì)膨脹混凝土在不同限制膨脹率和約束狀態(tài)下內(nèi)部應(yīng)力場(chǎng)的分布特征進(jìn)行了仿真分析,為其

5、科學(xué)應(yīng)用提供了依據(jù)。
　　(3)分析了補(bǔ)償收縮混凝土的基本理論以及膨脹和收縮兩個(gè)階段的形變關(guān)系,研究了復(fù)合膨脹材料品種以及不同水化時(shí)期的形貌、晶粒生長以及孔結(jié)構(gòu)特征;試驗(yàn)研究了膨脹材料煅燒溫度、保溫時(shí)間和顆粒細(xì)度對(duì)水化活性的影響,分析了水化溫度和溶液pH值對(duì)膨脹材料中MgO水化程度的影響特征,基于水化動(dòng)力學(xué)方程計(jì)算了膨脹材料的水化反應(yīng)速率常數(shù)和表觀活化能;通過對(duì)膨脹材料水化動(dòng)力學(xué)演變過程的分析,建立了膨脹材料中MgO水化成Mg(O

6、H)2以及CaO水化成Ca(OH)2膨脹模型。
　　(4)以水泥混凝土道面的微細(xì)裂縫為重點(diǎn)修復(fù)對(duì)象,以修補(bǔ)材料的初始粘度為控制點(diǎn),優(yōu)選甲基丙烯酸甲酯和環(huán)氧樹脂為主要反應(yīng)單體,進(jìn)行了本體聚合的合成制度設(shè)計(jì)及試驗(yàn)研究,確定了高性能修補(bǔ)材料的合理制備技術(shù);采用正交試驗(yàn)分析了修補(bǔ)材料組分和反應(yīng)時(shí)間對(duì)初始粘度的影響規(guī)律,分析確立了初始粘度的時(shí)變特征及其與修補(bǔ)材料可灌性和收縮率的量化關(guān)系;研究了反應(yīng)組分對(duì)高性能修補(bǔ)材料粘結(jié)強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度和斷裂

7、伸長率的影響規(guī)律,確定了高性能修補(bǔ)材料基體(RM)的最佳配比;采用有機(jī)硅與無機(jī)礦粉的復(fù)合進(jìn)行改性,研究了高性能修補(bǔ)材料的力學(xué)、變形和熱穩(wěn)定性能,制備了有機(jī)優(yōu)化(OMM)和復(fù)合優(yōu)化(CMM)的高性能修補(bǔ)材料,綜合性能顯著提高,超過國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求。
　　(5)試驗(yàn)研究了RM、OMM和CMM型高性能修補(bǔ)材料對(duì)水泥砂漿粘結(jié)能效的時(shí)變規(guī)律,分析了在鹽溶液和快速凍融作用下粘結(jié)性能的變化,結(jié)果表明修復(fù)后砂漿的抗折斷裂面未發(fā)生在修補(bǔ)處,7h粘

8、結(jié)強(qiáng)度與砂漿基體相當(dāng);通過在混凝土試件中預(yù)制裂縫,對(duì)比研究了幾種修復(fù)材料對(duì)混凝土修復(fù)能效,分析了斷面破壞形式和界面粘結(jié)特征;利用有限元方法計(jì)算了混凝土裂縫不同修補(bǔ)狀態(tài)下應(yīng)力強(qiáng)度因子的變化規(guī)律,采用SEM和FT-IR測(cè)試分析了高性能修補(bǔ)材料斷裂面的微細(xì)觀形貌和結(jié)構(gòu)中的特征官能團(tuán);基于高分子化學(xué)理論,闡釋了環(huán)氧樹脂與甲基丙烯酸甲酯、以及有機(jī)硅改性劑和無機(jī)礦粉改性的聚合反應(yīng)原理,揭示了高性能修補(bǔ)材料力學(xué)和變形性能與其微觀結(jié)構(gòu)的關(guān)聯(lián)性,并從物理