绿色超高性能混凝土及其在地铁疏散平台中的应用研究

作     者：赵学涛 

作者单位：扬州大学 

学位级别：硕士

导师姓名：杨鼎宜;刘月林

授予年度：2021年

学科分类：08[工学] 0814[工学-土木工程] 082301[工学-道路与铁道工程] 0823[工学-交通运输工程] 

主      题：超高性能混凝土 材料组成 养护制度 疏散平台 

摘      要：超高性能混凝土(Ultra High Performance Concrete,UHPC)是一种超高强、超高韧性、超高耐久性的水泥基材料,是建造高耐久性工程的理想材料。然而传统UHPC成本高、制备难度大等问题制约了其规模化应用。本文重点开发绿色UHPC材料及其应用技术,为UHPC规模化生产应用提供一定的技术支持。本文利用粉煤灰、石粉部分取代水泥,河砂和机制砂取代石英砂,小粒径粗骨料制备绿色UHPC,研究材料组成对UHPC性能的影响;研究不同养护制度的UHPC性能发展规律;设计绿色UHPC疏散平台,通过Ansys模拟标准人群荷载下疏散平台的应力、应变值以及总变形,使其结构与性能最合理化。主要研究如下:(1)对于UHPC原材料的研究表明,粉煤灰的加入,使UHPC工作性提高,早期强度降低,但后期强度提高;少量石粉有利于UHPC的性能提升,石粉含量0.0%～3.0%时,UHPC工作、力学性能提升,石粉含量3.0%～15.0%时,工作、力学性能下降;机制砂和砂率影响UHPC的孔隙率和密实度,机制砂掺量15.0%时,UHPC工作、力学性能最佳;砂率44.0%时,UHPC工作性好,密实度大,力学性能最佳;水胶比0.17～0.21时,UHPC工作性、力学性能满足要求;钢纤维使UHPC工作性能降低,提高了力学性能,当掺量1.5%时,UHPC性能最优;绿色UHPC最优配合比:水胶比0.19,粉煤灰掺量20.0%,砂率44.0%,机制砂掺量15.0%,石粉含量3.0%,钢纤维体积掺量1.5%。(2)对于UHPC养护制度的研究表明,自然养护条件下强度最低,热水养护与干热养护能在较短时间提升UHPC强度;养护温度升高可提高UHPC的抗压强度,热水养护30℃～80℃,抗压强度提升,干热养护100℃～300℃,抗压强度提高;养护湿度影响UHPC抗压强度,标准水养护相较于绝湿养护强度提升6.5%。(3)根据最优配比制备UHPC疏散平台,面板尺寸1190mm×850mm×50mm,支架尺寸850mm×500mm×120mm,混凝土抗压强度138.2MPa,抗折强度16.6MPa;面板加至标准人群荷载5.0kN/m2时,面板挠度Ansys模拟值2.13mm,试验检测值2.26mm,相差仅5.8%;支架挠度Ansys模拟值1.64mm,试验检测值1.71mm,相差仅4.1%,即此三维模型与UHPC疏散平台相匹配;当加载到13.1kN/m2时,疏散平台发生破坏。