荷载和高温对沙漠砂混凝土轴心抗压强度影响研究

作     者：陶仁光 

作者单位：宁夏大学 

学位级别：硕士

导师姓名：刘海峰

授予年度：2023年

学科分类：08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 

主      题：沙漠砂混凝土 高温 荷载水平 应力-应变关系 孔结构 

摘      要：随着城市化的快速发展,基础设施建设消耗了大量自然资源,建设用砂资源的短缺不可忽视。通过利用沙漠砂替代部分中砂建设工程项目,充分开发利用沙漠砂,减少对中砂资源开采,保护生态环境。在混凝土服役期间,混凝土结构面临复杂工作环境,如荷载作用及高温火灾。为了研究荷载和高温对沙漠砂混凝土轴心抗压强度影响规律,本文通过沙漠砂混凝土棱柱体试件轴心抗压强度试验、质量损失率试验、超声检测试验、X射线单晶衍射试验(XRD)以及电子扫描显微镜试验(SEM),以沙漠砂替代率、冷却方式以及砂率作为变化因素,探究不同荷载水平和温度组合作用下沙漠砂混凝土轴心抗压强度变化情况。为探究混凝土强度变化与其内部孔隙结构分布之间的联系,进行压汞试验,分析荷载水平、温度以及冷却方式对沙漠砂混凝土孔结构的影响。主要研究内容如下:1)进行沙漠砂混凝土常温下加载试验,研究在不同荷载水平作用下沙漠砂混凝土抗压强度、质量损失、超声波速变化规律,分析荷载作用后沙漠砂混凝土孔隙率以及孔径分布的变化。常温下对沙漠砂混凝土进行不同荷载水平循环加载后,其轴心抗压强度先增大后减小,超声波速不断降低。随着荷载水平增大,沙漠砂混凝土内部孔隙有一个先压缩闭合后扩张发展的过程。2)开展高温试验,探究荷载水平、沙漠砂替代率、冷却方式以及砂率等因素对混凝土强度以及应力-应变关系的影响。沙漠砂混凝土轴心抗压强度随温度升高不断降低;压汞试验结果表明温度使混凝土内部结构变得疏松,混凝土孔隙率随温度升高不断变大。建立沙漠砂混凝土轴心抗压强度与温度之间的关系模型,能较好地反映强度随温度变化规律。随着温度增大,沙漠砂混凝土的峰值应力不断减小,峰值应变不断变大,弹性模量快速降低,应力-应变曲线变得扁平。4)针对高温后沙漠砂混凝土质量和超声波速的变化开展试验研究,以温度、荷载水平、沙漠砂替代率、冷却方式和砂率作为影响因素探究其对混凝土指标的影响。沙漠砂混凝土质量、超声波速随温度增长不断降低,沙漠砂替代率和荷载水平对这两个指标的影响较温度影响不显著。建立质量损失率和超声波速与轴心抗压强度之间关系模型,通过这两个指标能较为准确地表征高温后沙漠砂混凝土剩余强度。5)利用XRD以及SEM技术分析不同冷却方式下的沙漠砂混凝土内部物质组成变化,建立混凝土宏观力学性能与内部孔结构劣化的关系。XRD试验结果表明高温后沙漠砂混凝土内部物质组成发生变化,水泥水化产物不断减少。SEM图像显示高温后混凝土内部孔隙增多,水化产物变得分散。