基于骨料紧密堆积理论的混凝土力学性能及变形性能控制研究

作     者：王江山 

作者单位：西南交通大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李福海

授予年度：2021年

学科分类：08[工学] 081304[工学-建筑技术科学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 0813[工学-建筑学] 

主      题：紧密堆积理论 预应力混凝土 弹性模量 收缩徐变 徐变预测 

摘      要：预应力混凝土连续刚构桥施工时进行的早龄期预应力张拉对混凝土弹性模量的发展速度提出了较高要求;收缩与徐变失控会导致预应力混凝土箱梁挠度过大及开裂问题。为优化混凝土早龄期力学性能及其发展特性,控制收缩与徐变发展,本文基于骨料紧密堆积理论对混凝土配合比进行优化,随后开展力学性能及变形性能试验以探究该优化控制方法的效果,最后进行微观试验以对试验现象及优化控制方法的机理做出微观解释。主要研究工作如下:(1)通过试验探究了不同矿物掺合料对水泥净浆与胶砂的力学性能及其早龄期发展特性的影响。结果表明,掺量为15%的矿渣对水泥净浆及砂浆的早龄期力学性能影响较小,而掺入15%粉煤灰则有较大削弱作用,故选择掺量为15%的S75矿渣作为矿物掺合料。(2)开展了基于紧密堆积理论的混凝土优化控制试验,探究了两种单粒级粗骨料的掺配比例、砂率及浆骨比对混凝土早龄期力学性能及其发展特性的影响。结果表明,当5～10mm与10～20mm碎石的掺配比例为20:80、砂率为40%、浆骨比为32.5:67.5时,混凝土早龄期力学性能及其发展特性最佳。(3)针对优化前后的混凝土开展了无约束收缩试验,探究了优化控制方法对混凝土收缩特性影响。结果表明,优化后混凝土的总收缩降低了32.8%,自收缩降低了28.5%。开展了受压徐变试验,探究优化控制方法、不同使用环境与不同加载龄期对混凝土徐变特性的影响。试验结果表明,使用环境中的相对湿度对徐变系数的影响最大,当平均湿度从62.9%提升至92.7%时,徐变系数降低了44.5%～50.6%;优化控制方法的影响程度其次,优化后徐变系数降低了12.4%～23.9%;当加载龄期在5～10d范围内,相较其他因素其影响程度最小,徐变系数的变化幅度约为10%。(4)根据受压徐变试验数据,在CEB-FIP(1990)徐变预测模型的基础上考虑弹性模量成熟度对徐变特性的影响,引入影响系数β对原模型进行修正,得到了考虑弹性模量成熟度的混凝土徐变预测修正模型。(5)通过X射线荧光光谱分析(XRF)、扫描电子显微镜观测(SEM)及压汞试验(MIP),分析了胶凝材料的化学组成,观测分析了混凝土试样的微观形貌及孔径结构。分析表明,优化控制方法提高了混凝土颗粒体系的紧密堆积程度,减少了堆积空隙,当龄期为5d时显著降低了孔径150nm以上的有害孔及多害孔体积,当龄期为28d时显著降低了孔径3800nm以下的各级有害孔的体积。加长养护龄期明显减少了混凝土基体的微裂缝,显著减少了各级有害孔体积。