大掺量粉煤灰混凝土冻融循环作用下的力学性能研究

论文摘要

大掺量粉煤灰混凝土因其具有良好的社会效益、经济效益和环境效益在实际工程中得到广泛的应用,根据工程耐久性要求,对此进行抗冻耐久性试验研究是非常有必要的。结合宁夏某工程需要,在寻求具有良好抗冻性能和最大经济效益的最佳配合比设计的同时,利用静水压理论及损伤理论寻求混凝土抗冻性能评价方法,并建立表征冻融循环作用下力学性能变化的动弹性模量损伤预测模型。主要研究方法和成果如下:1.根据Dunstan模型进行配合比设计时,控制含气量在3.5%~5.5%之间,通过分析150次冻融循环后的动弹模损失值,得到粉煤灰掺量和水胶比的增大对混凝土抗冻性有不利影响。2.通过抗冻性影响因素分析,认为平均气泡间距系数是影响混凝土抗冻性能的重要参数,在冻融循环过程中应该看成一个动态值,并可以通过理论和假设求解得出各阶段平均气泡间距系数。3.通过假设和理论计算值分析,认为混凝土内部平均气泡间距系数在低于200μm时,大掺量粉煤灰混凝土尚具备良好的抗冻能力,针对工程需要得出当水胶比为0.45,粉煤灰掺量为60%时,所用水泥用量相对较低,抗冻性能亦能达到F150,属工程需要的最佳配合比设计。4.在同一水胶比水平内,分析粉煤灰掺量对极限平均气泡间距系数值的影响,发现极限平均气泡间距系数值随着粉煤灰掺量的增加呈现出先增长后衰减的变化,其最高点对应的粉煤灰掺量随着水胶比的增大而减小。故每个水胶比水平内,都存在一个最佳粉煤灰掺量,当水胶比为0.45时,具备良好抗冻性能的最佳粉煤灰掺量为60%。5.基于loland损伤模型建立了冻融损伤预测模型,假设最大静水压力值的动态变化曲线,结合试验验证,发现该损伤预测模型计算值与试验结果具有较好的吻合性。6.最大静水压力值在冻融循环中呈现出应线性增长的形式,结合图形分析,得出最大静水压力值的增长加速度值随着粉煤灰掺量的增加以二次函数的方式不断加快,即增长速度逐渐变大,当粉煤灰掺量在40%～60%之间时,最大静水压力增长加速度值的增长相对缓慢,当粉煤灰掺量大于60%时,其加速度值明显变大,因此认为在水胶比为0.45的水平内,粉煤灰掺量不宜超过60%。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 前言
• 1.2 有关大掺量粉煤灰混凝土的研究概况
• 1.2.1 大掺量粉煤灰混凝土在国外发展及应用
• 1.2.2 大掺量粉煤灰混凝土在国内发展及应用
• 1.2.3 大掺量粉煤灰混凝土的耐久性能研究现状
• 1.2.4 大掺量粉煤灰混凝土在国内外的发展特点及趋势
• 1.2.5 粉煤灰在大掺量粉煤灰混凝土中的作用机理
• 1.2.6 大掺量粉煤灰混凝土的配合比设计
• 1.3 有关混凝土冻融破坏的研究现状
• 1.3.1 混凝土冻融破坏基本理论研究
• 1.3.2 混凝土抗冻性预测模型研究现状
• 1.4 本文的主要研究内容及技术路线
• 1.4.1 研究思路和研究内容
• 1.4.2 技术路线
• 1.5 本文的创新点
• 第二章 大掺量粉煤灰混凝土抗冻试验
• 2.1 混凝土冻融循环试验方法及评价指标
• 2.2 试验原材料
• 2.2.1 水泥
• 2.2.2 粉煤灰
• 2.2.3 粗骨料
• 2.2.4 细骨料
• 2.2.5 高效减水剂和引气剂
• 2.2.6 试验仪器
• 2.3 配合比设计
• 2.4 试验内容及结果分析
• 2.4.1 单轴抗压试验
• 2.4.2 抗拉试验及抗渗试验
• 2.4.3 冻融循环试验
• 2.5 综合影响分析
• 2.6 本章小结
• 第三章 平均气泡间距系数的理论分析研究
• 3.1 两个典型的冻融破坏机理
• 3.1.1 静水压假说
• 3.1.2 渗透压假说
• 3.2 平均气泡间距系数对混凝土抗冻性的影响分析
• 3.2.1 研究概况
• 3.2.2 影响因素分析
• 3.3 平均气泡间距系数在冻融作用下的变化研究
• 3.3.1 静水压假说的拓展分析
• 3.3.2 平均气泡间距系数函数定义
• 3.3.3 名词定义
• 3.3.4 思考和假设
• 3.3.5 初始平均气泡间距系数的理论求解模型
• 3.3.6 初始平均气泡间距系数求解参数确定
• 3.3.7 极限平均气泡间距系数的理论求解模型
• 3.4 本章小结
• 第四章 基于平均气泡间距系数的混凝土抗冻性能评价
• 4.1 初始损伤的求解
• 4.1.1 劣化特征点的确定
• 4.1.3 各阶段最大静水压力值的确定
• 4.2 平均气泡间距系数的理论求解及影响因素分析
• 4.2.1 各参数值的确定
• 4.2.2 各阶段平均气泡间距系数的理论值
• 4.2.3 平均气泡间距系数的仪器测量方法
• 4.2.4 影响因素分析
• 4.3 本章小结
• 第五章 损伤预测模型的建立及比较验证
• 5.1 损伤力学的发展概况
• 5.2 损伤理论基础
• 5.2.1 损伤变量定义
• 5.2.2 损伤演化模型
• 5.2.3 损伤本构方程
• 5.3 冻融损伤理论预测模型的建立
• 5.4 冻融损伤理论预测模型的试验验证（一）
• 5.4.1 最大静水压力值的变化
• 5.4.2 参数C 值的确定
• 5.4.3 模型预测值ΔD 计算
• 5.4.4 模型预测值与试验值的比较
• 5.4.5 结果分析
• 5.5 冻融损伤理论预测模型的试验验证（二）
• 5.5.1 最大静水压力值的变化
• 5.5.2 C 值的确定
• 5.5.3 模型预测值ΔD 计算
• 5.5.4 模型预测值与试验值的比较
• 5.5.5 结果分析
• 5.6 粉煤灰掺量与最大静水压力值的关系分析
• 5.7 模型优缺点分析
• 5.8 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 论文中存在的不足及展望
• 6.2.1 论文中存在的不足
• 6.2.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介