复合水泥浆体的干燥收缩特性与机理研究

论文摘要

随着社会、经济的不断发展,高速发展的建筑业对水泥混凝土工程的质量要求在不断提高。与此同时,水泥、混凝土生产使用过程中的高能源、高资源消耗,及环境污染问题突出。因此“水泥高效制备与低能耗应用”被列入国家973重点基础研究发展计划,以期让水泥混凝土产业走上健康发展的道路。各种活性工业废渣在混凝土中的应用,不仅可以提高了混凝土的工作性能,同时降低了生产成本,减轻了能源、资源的消耗,并缓解了工业废渣给环境造成的污染。但现代建筑业对混凝土强度的一味追求,使混凝土的早期开裂显著增加、耐久性下降,干燥收缩是其主要原因之一,而混凝土的干燥收缩主要发生在水泥浆体中。因此,论文中以净浆的形式研究添加了矿物掺合料的复合水泥浆体的干燥收缩特性与机理。本论文设计了不加掺合料的基准样与掺10%、30%、50%、70%粉煤灰,5%、10%、15%、20%、30%硅灰的复合水泥浆体样品,在温度20℃、相对湿度50%的环境中干燥。以改进的方法测试干燥收缩,采用氮吸附仪进行孔结构测定、采用选择性溶解法进行矿物掺合料反应程度测定,结合抗压强度测定、质量损失测定,研究了复合水泥浆体的干燥收缩变化规律,以及其组成、结构与干燥收缩性能的关系,通过对试验所得数据的分析与讨论,得出的主要结论如下：干燥收缩受多方面因素的影响,在早龄期样品内部湿度较高,毛细管失水所形成的收缩力较小,且此时水化反应很快,所以早期的干燥收缩主要受水化反应的影响。而在水化反应趋于平缓的后期,样品变得干燥,更多较小的毛细管失水产生很大的收缩驱动力,孔结构成为干燥收缩的主要影响因素。半径在1～2m范围的毛细孔具有较强的干燥收缩能力,特别是后期(28d龄期左右)对干燥收缩的增长趋势和终值有重要的影响。粉煤灰复合水泥浆体的干燥收缩小于硅灰复合水泥浆体,很大程度上是因为粉煤灰的掺加减少了这一范围内毛细孔的比例,而硅灰的加入增大了这一范围内毛细孔的比例。孔隙率、比表面积的累计变化率与干燥收缩有较好的相关性,且由于粉煤灰复合水泥浆体的水化程度较低,水化对干燥收缩的影响也较小,所以粉煤灰复合水泥浆体的孔隙率、比表面积的累计变化率与干燥收缩的相关性要好于硅灰复合水泥浆体。复合水泥浆体的水化对于干燥收缩具有双重作用：一方面水化的进行促进干燥收缩,而另一方面主要由水化程度提高带来的强度上的提高制约干燥收缩。由于早期水化较快,硅灰复合水泥浆体的干燥收缩与水化的相关性比粉煤灰复合水泥浆体好。粉煤灰的加入降低了复合水泥浆体的干燥收缩。而硅灰的掺加在总体趋势上增加了干燥收缩,但5%左右的掺量对浆体的填充使较小毛细孔的比例减小,从而使得干燥收缩的终值减小。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究的背景及意义
• 1.2 水泥基材料的收缩
• 1.3 干燥收缩机理
• 1.4 复合水泥浆体干燥收缩性能的研究进展
• 1.4.1 辅助性胶凝材料对水化的影响
• 1.4.2 辅助性胶凝材料对复合水泥基材料收缩性能的影响
• 1.5 水泥浆体中的收缩相与约束相
• 1.6 水泥浆体中的孔与水
• 1.6.1 水泥浆体中的孔
• 1.6.2 水泥浆体中的水
• 1.6.3 孔结构的表征
• 1.6.4 水泥浆体中孔研究现状
• 第二章 研究思路与方法
• 2.1 研究思路
• 2.2 试验用主要原材料
• 2.3 试验配比
• 2.4 试验方法
• 2.4.1 干燥收缩试验方法
• 2.4.2 抗压强度测试方法
• 2.4.3 硅灰/粉煤灰水化程度测试方法
• 2.4.4 氮吸附试验
• 2.4.5 质量损失测试
• 第三章 强度、反应程度与干燥收缩的关系
• 3.1 干燥收缩试验结果
• 3.2 强度、反应程度与干燥收缩关系的研究
• 3.2.1 硅灰复合水泥浆体强度与反应程度
• 3.2.2 粉煤灰复合水泥浆体强度与反应程度
• 3.3 本章小结
• 第四章 孔结构与干燥收缩的关系的研究
• 4.1 孔隙率、比表面积与干燥收缩的关系
• 4.1.1 硅灰复合水泥浆体的孔隙率、比表面积与干燥收缩的关系
• 4.1.2 粉煤灰复合水泥浆体的孔隙率、比表面积与干燥收缩的关系
• 4.2 孔径分布与干燥收缩的关系
• 4.2.1 硅灰复合水泥浆体的平均孔半径
• 4.2.2 粉煤灰复合水泥浆体的平均孔半径
• 4.2.3 粉煤灰复合水泥浆体的孔径分布与干燥收缩的关系
• 4.2.4 硅灰复合水泥浆体的孔径分布与干燥收缩的关系
• 4.3 毛细管力计算与质量损失试验
• 4.3.1 毛细管力计算与分析
• 4.3.2 质量损失与干燥收缩的关系
• 4.4 本章小结
• 第五章 结论与展望
• 5.1 本文研究结论
• 5.2 研究展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介
• 作者攻读硕士学位期间发表的论文