碾压沙漠砂贫混凝土的力学特征与工程应用研究

作     者：邹承君 

作者单位：北方民族大学 

学位级别：硕士

导师姓名：康亚明

授予年度：2024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：碾压沙漠砂贫混凝土 力学性能 蠕变松弛 本构模型 工程应用 

摘      要：针对宁夏地区建筑用砂资源短缺而沙漠砂资源丰富的现状,将沙漠砂应用于建筑工程行业具有实际意义,但沙漠砂的物性特征和地理分布就决定了沙漠砂暂不适宜用于常规混凝土用砂,而适合用于制备低强度混凝土,以用于路基或垫层等地面或地下岩土工程。因此,本文采用理论分析与室内试验相结合的方法,制备了碾压沙漠砂贫混凝土,并对其耐久性、力学参数、蠕变特征与松弛特征进行研究,并将其应用于贺兰山750kv变电站塌陷治理中。主要研究内容如下:(1)通过对不同状态下的碾压沙漠砂贫混凝土进行力学性能测试,分析了饱水环境、饱水冰冻环境、干湿循环环境与冻融循环环境对碾压沙漠砂贫混凝土强度的影响。结果表明:饱水环境会使试块的强度下降超过50%;饱水冰冻环境会使试块的强度提升约40%～80%,并且改变了试块的破坏形态;随着干湿循环次数的增多,试块的强度会提升40%～60%;当冻融循环次数达到20次时,试块的强度会提高约45%～60%,后续随着冻融循环次数的增加而逐渐降低。(2)通过对不同配合比的碾压沙漠砂贫混凝a土展开单轴压缩试验,分析其力学参数特性。结果表明:混凝土存在再压实现象,峰后应力衰减为峰值应力的20%～40%,试块的水泥质量含量从8.3%增加到21.4%时其强度由3.69MPa增加至10.33MPa,但是水泥质量含量由18.5%增加到21.4%时其试块强度增加并不明显。割线模量则由139.45MPa增加到394.32MPa。目前常用的本构模型并不完全适用于该混凝土,而本文所设计的本构模型可以较好地描述其应力应变特性。(3)采用分级加载方式对干燥状态与饱水状态下的试块进行了蠕变试验。结果表明:碾压沙漠砂贫混凝土的蠕变曲线主要表现为衰减蠕变特征与稳态蠕变特征,且饱水试块的蠕变现象要更加明显;碾压沙漠砂贫混凝土在蠕变试验中主要表现出黏弹性特征,可以用广义Kelvin模型来表述其蠕变特征。(4)开展了碾压沙漠砂贫混凝土应力松弛试验,分析其应力松弛特性。实验结果表明:碾压沙漠砂贫混凝土的应力松弛曲线可由衰减松弛段和稳定松弛段组成,并且应力松弛现象会随着应力水平的提高而越来越明显,可用广义Kelvin模型来描述其应力松弛特征。(5)银川周边变电站的灾害表现主要表现为孔洞、不均匀沉降以及电厂构支架周边塌陷,其中空间较为开阔的塌陷问题可以利用碾压沙漠砂贫混凝土抗冲刷能力强以及整体性较好的优点进行高效的处理。贺兰山750千伏变电站由于电厂构支架周边夯实不完全以及雨水冲刷的影响,形成电厂构支架周边塌陷现象,如果采用压实土进行填充治理将无法保证后续质量问题,因此经方案比选后采用碾压沙漠砂贫混凝土对塌陷地段进行夯实治理,利用其抗冲刷能力强以及整体性较好的优点减少塌陷现象的发生频率。