核电自密实混凝土的配制及其在截锥体混凝土结构中的应用

论文摘要

自密实混凝土是一种具有优异粘聚性、稳定性和匀质性的特种混凝土材料,其良好的流动性和填充能力有利于施工,可大大提高施工效率和质量,缩短工期,减少噪音污染,在钢筋密集、断面狭小和结构复杂的工程中得到较为广泛地应用。而核电工程是一项关乎人民生命安全的特殊建筑结构,为保障安全,核电混凝土结构中布筋密度较高,特别是在安全壳部分,这使混凝土施工难度增大,而普通自密实混凝土虽然可以解决施工工艺问题,但在核电大体积结构中密布钢筋的约束下,易出现裂缝,影响混凝土结构的长期耐久性。因此,本文依托中广核工程有限公司委托项目《核电自密实混凝土》,开展高流动性、高粘聚性、低收缩、低水化热核电自密实混凝土备及其在核电工程安全壳典型部位-截锥体中的模拟应用研究。主要工作包括:（1）以阳江核电站的砂石、水泥、粉煤灰等原材料,制备扩展度大于650mm,U型流动度超过320mm,L型流动度大于0.85的8组自密实混凝土,并对其抗压强度、弹性模量、抗氯离子渗透系数、干燥收缩、抗碳化性能和徐变性能等进行了系统研究。试验表明:胶凝材料用量为460～500kg/m3的自密实混凝土在具有优异流动性能和填充性能,同时力学性能和长期耐久性能都与现有核电工程用RS33、C40/50配比混凝土性能基本相当。（2）分析探讨了胶凝材料用量、砂率、粉煤灰掺量等材料参数对自密实混凝土的强度、弹性模量、抗氯离子渗透系数、干燥收缩、抗碳化性能以及混凝土绝热温升的影响。结果表明:在460～500kg/m3范围内,胶凝材料用量的增加对自密实混凝土的力学性能、氯离子渗透系数等没有显著影响,而在一定程度上提高了混凝土的收缩,特别是明显提高了混凝土的绝热温升;而砂率的提高会稍微降低强度,同时提高了氯离子扩散系数,更明显增加了干缩;粉煤灰掺量的增加会显著降低强度,而改善了氯离子扩散系数,但也对混凝土的收缩有不利影响。（3）以核电工程安全壳中截锥体为原型,构建了混凝土结构模型,开展了自密实混凝土在截锥体模拟工程中的施工实践,同时跟踪分析了截锥体结构中自密实混凝土内部的温度、应变变化。结果表明:（1）本文所制备的自密实混凝土在模拟试验中具有良好的浇筑和填充能力,硬化后对结构中钢筋、风管等包裹良好;（2）截锥体中自密实混凝土浇筑后约20～30小时,内部温度达到最大值,之后逐渐降低,大约14天后可降低到环境温度;而混凝土内部体积变形在前期与温度的升高同步;但温度超过最高点后,体积变形缓慢下降,最终残留有270～360×10-6με的体积变形;（3）截锥体模型中自密实混凝土温度分布并不一致,内部温度较表层混凝土高,下层混凝土温度较上层混凝土高,最高温度和残余变形出现在混凝土结构下层的中心部位,最高混凝土温度达71.8℃,残余体积变形为275×10-6με。（4）釆用MIDAS有限元程序对截锥体模型中混凝土的温度和应力场进行了模拟分析。结果表明:截锥体模型中温度和应力场的模拟分析结果与实测数据具有较一致的趋向性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 自密实混凝土的研究及应用现状
• 1.2.1 国外自密实混凝土的研究应用现状
• 1.2.2 国内自密实混凝土的研究应用现状
• 1.2.3 自密实混凝土在核电工程中的应用
• 1.3 自密实混凝土在核电工程中应用存在的问题
• 1.4 本文的主要研究内容
• 第二章 原材料与试验方法
• 2.1 原材料
• 2.1.1 水泥
• 2.1.2 矿物掺合料
• 2.1.3 粗骨料
• 2.1.4 细骨料
• 2.1.5 外加剂
• 2.1.6 拌合用水
• 2.2 试验方法
• 2.2.1 混凝土搅拌
• 2.2.2 流动性检验
• 2.2.3 拌合物稳定性跳桌试验
• 2.2.4 含气量、泌水、凝结时间、表观密度
• 2.2.5 自密实混凝土的力学性能测试
• 2.2.6 自密实混凝土耐久性性能测试
• 2.2.7 混凝土绝热温升测试
• 第三章 低胶凝材料自密实混凝土的研究
• 3.1 新拌自密实混凝土的基本物理性能
• 3.1.1 配合比
• 3.1.2 基本物理性能测试
• 3.2 自密实混凝土的抗压强度
• 3.3 自密实混凝土的弹性模量
• 3.4 自密实混凝土的抗氯离子渗透系数
• -渗透系数的影响'>3.4.1 胶凝材料用量对自密实混凝土抗Cl^-渗透系数的影响
• -渗透系数的影响'>3.4.2 砂率对自密实混凝土抗Cl^-渗透系数的影响
• -渗透系数的影响'>3.4.3 粉煤灰掺量对自密实混凝土抗Cl^-渗透系数的影响
• -渗透系数的影响'>3.4.4 不同外加剂种类对自密实混凝土抗Cl^-渗透系数的影响
• 3.5 自密实混凝土的体积变形
• 3.5.1 胶凝材料用量对自密实混凝土干缩的影响
• 3.5.2 砂率对自密实混凝土干缩的影响
• 3.5.3 粉煤灰掺量对自密实混凝土干缩的影响
• 3.5.4 外加剂种类对自密实混凝土干缩变形的影响
• 3.6 自密实混凝土的碳化
• 3.6.1 不同胶凝材料用量对碳化的影响
• 3.6.2 砂率对碳化的影响
• 3.6.3 粉煤灰掺量对碳化的影响
• 3.6.4 外加剂对碳化的影响
• 3.7 自密实混凝土的绝热温升
• 3.7.1 胶凝材料用量对自密实混凝土绝热温升的影响
• 3.7.2 砂率对自密实混凝土绝热温升的影响
• 3.7.3 粉煤灰掺量对自密实混凝土绝热温升的影响
• 3.7.4 外加剂种类对自密实混凝土绝热温升的影响
• 3.8 本章小结
• 第四章 自密实混凝土在截锥体结构中的模拟应用
• 4.1 模拟试验方案
• 4.1.1 模拟试验模型
• 4.1.2 模拟试验方案
• 4.2 截锥体墙模拟试验
• 4.3 截锥体结构内部温度应变的监测
• 4.3.1 测试系统
• 4.3.2 测点布置
• 4.4 监测结果及分析
• 4.4.1 温度监测结果及分析
• 4.4.2 应变监测结果及分析
• 4.5 本章小结
• 第五章 截锥体混凝土结构中温度、应力场模拟分析
• 5.1 MIDAS 简介
• 5.2 工程概况及有限元模型
• 5.2.1 有限元模拟参数的选取
• 5.2.2 有限元模型的建立
• 5.3 计算结果的分析
• 5.3.1 温度场模拟分析
• 5.3.2 应力场模拟分析
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果
• 致谢
• 附件