海工高抗裂混凝土研究及應(yīng)用.pdf

1、近些年來(lái)隨著高性能混凝土在海港工程中的廣泛應(yīng)用，僅中交集團(tuán)系統(tǒng)每年的使用量就達(dá)數(shù)百萬(wàn)方混凝土。由于目前海港工程的構(gòu)件趨向于高強(qiáng)度、超長(zhǎng)、大截面尺寸等，在加上工程工期趕工要求以及施工環(huán)境因素惡劣等綜合作用，導(dǎo)致一些橋梁、碼頭、隧道、鐵路以及市政工程不同部位混凝土出現(xiàn)了不同程度的裂縫，嚴(yán)重影響了結(jié)構(gòu)的使用性能以及長(zhǎng)期耐久性能。高性能混凝土的材料劣化及耐久性失效主要來(lái)自于載荷破壞及非載荷破壞兩大方面，其中非載荷破壞因素占主導(dǎo)，主要體現(xiàn)在混凝土

2、材料的體積穩(wěn)定性、各種化學(xué)侵蝕以及物理沖擊磨損等三個(gè)方面，體積穩(wěn)定性則是高性能混凝土耐久性的重要方面。無(wú)法自愈合裂縫的出現(xiàn)、衍變及擴(kuò)展是混凝土結(jié)構(gòu)耐久性開(kāi)始走向失效的標(biāo)志，是材料劣化老化、結(jié)構(gòu)損傷功能退化的宏觀(guān)表現(xiàn)形式。鋼筋的銹蝕導(dǎo)致結(jié)構(gòu)承載力的降低、整體剛度降低以及外觀(guān)表面損傷直接影響著混凝土結(jié)構(gòu)的可靠度。積極開(kāi)展混凝土結(jié)構(gòu)裂縫控制技術(shù)研究，是開(kāi)展混凝土結(jié)構(gòu)耐久性研究體系中的重要組成部分。 本論文主要針對(duì)高性能混凝土高膠凝材料

3、用量、低水膠比、輔助于高效減水劑及大摻量礦物摻合料的配合比特點(diǎn)，從高強(qiáng)高性能混凝土物理力學(xué)性能、體積穩(wěn)定性能、熱力學(xué)性能等三個(gè)主要方面，采用一系列特種試驗(yàn)手段（混凝土的基本物理力學(xué)指標(biāo)、膠凝材料水化熱、混凝土絕熱溫升、不同膠凝材料體系的干燥收縮、自收縮、約束開(kāi)裂試驗(yàn)等），全面考核不同膠凝材料組成體系的開(kāi)裂敏感性能。并借助現(xiàn)代測(cè)試手段（X-衍射、掃描電鏡、色譜質(zhì)譜、紅外光譜、壓汞儀、差熱分析等）刨析了特種抗裂材料減縮劑的作用機(jī)理，分析了高

4、抗裂混凝土的內(nèi)部微觀(guān)結(jié)構(gòu)。以工作性、力學(xué)性、耐久性、經(jīng)濟(jì)性及抗裂性作為高性能混凝土配合比設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，實(shí)現(xiàn)高性能混凝土的早期抗裂性和長(zhǎng)期耐久性協(xié)調(diào)發(fā)展，創(chuàng)建高性能混凝土的抗裂能力評(píng)價(jià)體系，在室內(nèi)配合比設(shè)計(jì)優(yōu)化階段以實(shí)現(xiàn)裂縫預(yù)控制為最終目標(biāo)。 主要研究結(jié)論如下： （1）在普通混凝土強(qiáng)度齡期變化統(tǒng)計(jì)公式的基礎(chǔ)上，建立了高強(qiáng)高性能混凝土強(qiáng)度與齡期的關(guān)系公式，以分段不連續(xù)函數(shù)的方式可對(duì)高強(qiáng)高性能混凝土強(qiáng)度進(jìn)行預(yù)測(cè)。高強(qiáng)高性能混凝土不

5、同齡期的折壓比在9～11%，拉壓比在6～8%，軸壓比在65～80%，彈壓比在500～700倍；握壓比在7%左右。28天混凝土的極限拉伸率在70～110μξ之間，軸心抗拉彈性模量約為抗壓彈性模量的1．0～1．1倍。以此可指導(dǎo)高性能混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 （2）干燥收縮試驗(yàn)表明：隨膠凝材料總量的增加，混凝土干燥收縮趨勢(shì)越來(lái)越大，使用礦物摻合料后，能夠降低混凝土的總干燥收縮變形總量，但初始階段干燥收縮量大并且收縮速率較高。使用JS，特別是U

6、EA-JS復(fù)合使用可以顯著降低早期的干燥收縮變形量及收縮速率。自收縮試驗(yàn)表明：在混凝土澆注3天后自收縮已經(jīng)完成主要部分；約束開(kāi)裂試驗(yàn)表明：在提高膠凝材料抗裂性能特種外加劑應(yīng)用效果方面：膨脹劑和減縮劑復(fù)合使用>單摻減縮劑>單摻膨脹劑>聚丙烯纖維，在提高膠凝材料自生體積穩(wěn)定性能和抗裂性能方面：（硅灰、礦粉、粉煤灰）二元或三元復(fù)合>粉煤灰>礦粉>硅灰； （3）統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)自收縮占混凝土總收縮變形的比重在20%左右，自收縮總量可以按照干燥收

7、縮總量的25%來(lái)估算。并建立了干燥自生體積變形預(yù)測(cè)公式 （4）通過(guò)數(shù)理統(tǒng)計(jì)及回歸分析，以42．5級(jí)硅酸鹽早強(qiáng)水泥為基礎(chǔ)，初步建立了3天，28天取代水泥量與放熱量減小率之間的函數(shù)關(guān)系式。并依此可理論計(jì)算混凝土的3，28天絕熱溫升； （5）所制備的多功能摻合料能夠配制C45級(jí)以上混凝土，抗?jié)B等級(jí)可以達(dá)到S17，滲透電量小于1000庫(kù)侖，干燥收縮變形小于200μξ，推遲了放熱峰出現(xiàn)的時(shí)間以及降低了最高放熱速率，28天絕熱溫升顯

8、著降低，小于45℃；因其使用時(shí)替代水泥量50%，性?xún)r(jià)比大幅度提高。 （6）通過(guò)水液體表面張力、水泥粒子的初始電動(dòng)電位以及早期電阻率試驗(yàn)分析了減縮劑作用機(jī)理，減縮劑和目前第二、第三代減水劑具有很好的相容性。通過(guò)孔結(jié)構(gòu)分析、水化產(chǎn)物形貌分析、XRD分析、DTG分析可以知道SRA單獨(dú)作用并不改變水泥中的CH含量，但與膨脹劑復(fù)合后，能夠增強(qiáng)水化產(chǎn)物的結(jié)晶度，提高微孔比率，降低孔隙率，密實(shí)混凝土結(jié)構(gòu)，對(duì)后期膠凝材料的水化無(wú)負(fù)面影響。