掺新型膨胀材料混凝土变形及抗裂性能研究

论文摘要

随着我国对交通、水利等基础设施投入的增加，大体积混凝土的应用越来越广泛，混凝土开裂现象也日趋严重。混凝土开裂将会影响其正常使用功能和耐久性，控制混凝土裂缝，防止和减少混凝土开裂具有十分重要的意义。在混凝土中掺加膨胀材料，通过控制膨胀材料的膨胀量、膨胀时间和膨胀效应，使膨胀材料膨胀特性与混凝土的收缩特性相匹配，是减少收缩、防止或抑制混凝土开裂行之有效的方法。本文重点研究了掺四种新型膨胀材料的常态和水工混凝土在不同养护温度下变形及抗裂性能，并对膨胀机理和微观结构进行了探讨，主要研究内容和结论如下：（1）研究了新型膨胀材料及粉煤灰对混凝土自由变形和限制变形的影响。随着膨胀材料掺量的增加，混凝土的膨胀量增加；M3和M4膨胀材料的早期收缩补偿效果好，其膨胀变形均匀增长，M1和M2膨胀材料对混凝土的早期补偿效果差，但后期的膨胀量大，其膨胀量增长不均匀；掺膨胀材料混凝土的限制变形和自由变形随龄期增长的发展趋势相似，限制变形发展比较缓慢；提高养护温度可使掺膨胀材料混凝土的膨胀速率明显加快，同龄期下的膨胀率增大1.5~3倍，膨胀材料M3和M4早期温度敏感性较大，M1和M2后期温度敏感性大些；掺加粉煤灰可明显抑制膨胀材料的膨胀效能。（2）对掺膨胀材料混凝土的压蒸安定性进行了研究。混凝土的压蒸膨胀率随着膨胀材料掺量的增加逐渐增大；适当提高压蒸温度和延长保温时间，混凝土试件的压蒸膨胀率有增大的趋势。当M2掺量由6%增加到8%时，水工混凝土的压蒸膨胀率出现较大幅度的增长，膨胀率增至0.158%。M4在常态混凝土中的掺量达到10%时，混凝土未出现安定性不良现象。（3）通过水泥砂浆极限拉伸值和混凝土自生体积变形来表征掺膨胀材料混凝土的抗裂性能。掺膨胀材料明显提高了水泥砂浆的极限拉伸值，掺量过大（>10%）则提高作用不大；升高养护温度后，掺膨胀材料水泥砂浆的极限拉伸值呈均匀增长趋势；粉煤灰与膨胀材料复掺可提高水泥砂浆极限拉伸值；外掺膨胀材料和粉煤灰混凝土的自生体积变形随养护龄期的变化服从对数规律，未见无限膨胀和回缩现象，养护约120d趋于稳定。通过所建立的混凝土抗裂能力分析评价模型表明在混凝土中掺8%M4或掺6%M2时，混凝土具有较好的抗裂性能。（4）随着养护龄期的延长，水泥中膨胀材料的水化产物逐渐增大；养护到180d，大部分氧化镁水化生成纤维状水镁石，长度为3~5μm，宽约0.3~0.5μm；粉煤灰具有独特的自身结构和颗粒形态，对膨胀材料膨胀效能的发挥具有极强的抑制作用。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景与意义
• 1.1.1 混凝土裂缝的成因
• 1.1.2 混凝土防裂的重要意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 混凝土变形和裂缝控制技术研究现状
• 1.2.2 混凝土膨胀材料的研究及应用现状
• 1.2.3 镁质膨胀材料的研究及应用现状
• 1.3 目前研究中存在的主要问题
• 1.4 主要研究内容
• 第二章 试验原材料、方法及设备
• 2.1 试验原材料
• 2.1.1 胶凝材料
• 2.1.2 集料
• 2.1.3 外加剂
• 2.2 试验仪器及设备
• 2.3 试验及测试方法
• 第三章 掺新型膨胀材料混凝土变形性能研究
• 3.1 前言
• 3.2 新型膨胀材料对混凝土自由变形的影响
• 3.2.1 新型膨胀材料对常态混凝土自由变形的影响
• 3.2.2 新型膨胀材料对水工混凝土自由变形的影响
• 3.2.3 掺合料对掺膨胀材料混凝土自由变形的影响
• 3.3 新型膨胀材料对混凝土限制变形的影响
• 3.3.1 新型膨胀材料对常态混凝土限制变形的影响
• 3.3.2 新型膨胀材料对水工混凝土限制变形的影响
• 3.4 掺新型膨胀材料混凝土的安定性
• 3.4.1 膨胀材料掺量对混凝土压蒸安定性的影响
• 3.4.2 掺合料对掺膨胀材料混凝土压蒸安定性的影响
• 3.4.3 压蒸制度对掺膨胀材料混凝土压蒸安定性的影响
• 3.5 本章小结
• 第四章 掺新型膨胀材料混凝土抗裂性能研究
• 4.1 前言
• 4.2 新型膨胀材料对水泥砂浆极限拉伸值的影响
• 4.2.1 膨胀材料掺量对水泥砂浆极限拉伸值的影响
• 4.2.2 养护温度对水泥砂浆极限拉伸值的影响
• 4.2.3 掺合料对水泥砂浆极限拉伸值的影响
• 4.3 新型膨胀材料对混凝土自生体积变形的影响
• 4.3.1 膨胀材料对混凝土自生体积变形的影响
• 4.3.2 掺合料对掺膨胀材料混凝土自生体积变形的影响
• 4.4 掺新型膨胀材料混凝土综合抗裂性能评价
• 4.4.1 混凝土抗裂性能的影响因素
• 4.4.2 混凝土抗裂性能的评价指标
• 4.4.3 基于体积稳定性的混凝土抗裂性能评价模型
• 4.4.4 掺不同膨胀材料混凝土抗裂能力分析
• 4.5 本章小结
• 第五章 掺新型膨胀材料混凝土的微观结构研究
• 5.1 试验方案
• 5.2 膨胀材料在水泥中的微观特征
• 5.3 粉煤灰和膨胀材料在水泥中的微观特征
• 5.4 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 研究生期间发表的论文及参与的科研工作