超細(xì)粉煤灰高性能公路路面水泥混凝土早期收縮變形及抗裂性能研究.pdf

1、超細(xì)粉煤灰(U1tra-fineFlyAsh，簡(jiǎn)稱UFA)因其優(yōu)良的性能己被廣泛應(yīng)用于土木工程領(lǐng)域，用以配制UFA高性能混凝土，在高層建筑、橋梁、公路、水工、港工等重要的建筑物以及大型的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中，已發(fā)揮出越來越大的作用。 本文以UFA等量取代水泥，配制了用于路面的高性能公路水泥混凝土，并通過系統(tǒng)的試驗(yàn)對(duì)UFA高性能公路水泥基材料及所配制的混凝土早期收縮變形和抗裂性能進(jìn)行了綜合研究。其中包括水泥漿體的早期化學(xué)收縮變形以及UF

2、A公路混凝土早期的自收縮變形、塑性收縮變形、溫度收縮變形以及各齡期的干燥收縮變形等。在收縮變形試驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上，引入有限元理論分析了UFA高性能公路混凝土早期的收縮應(yīng)力及溫度應(yīng)力；并嘗試研發(fā)了UFA-FG減縮抗裂專用摻合料，應(yīng)用于公路混凝土的配制。另外，還引入模糊數(shù)學(xué)的理論建立了針對(duì)UFA高性能公路混凝土早期抗裂性能的模糊綜合評(píng)判系統(tǒng)，并應(yīng)用于實(shí)際工程的抗裂性能評(píng)價(jià)。最后，將UFA應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)的路面施工，跟蹤觀測(cè)了UFA高性能公路混凝土的

3、早期及長期抗裂性能，并總結(jié)了相關(guān)的施工技術(shù)要點(diǎn)。 以下是本文取得的主要研究成果：1.對(duì)UFA粉體作用效應(yīng)的研究表明，UFA球形顆粒在水泥基材料體系中具有優(yōu)良的密實(shí)填充和減水增強(qiáng)效應(yīng)，其填充結(jié)構(gòu)相比于純水泥顆粒更接近于Horsfield最密填充；而減水增強(qiáng)效應(yīng)使得UFA水泥漿體在獲得相同流動(dòng)度情況下，比基準(zhǔn)水泥膠砂減水10～15％，28天強(qiáng)度高于基準(zhǔn)膠砂。 2.自行設(shè)計(jì)并改進(jìn)了水泥漿體化學(xué)收縮測(cè)定裝置，首次系統(tǒng)測(cè)試了UFA

4、水泥漿體的早期化學(xué)收縮變形。結(jié)果表明，UFA可有效抑制水泥反應(yīng)體系的化學(xué)收縮變形，其收縮隨UFA摻量增加而減小。并通過試驗(yàn)與理論計(jì)算相結(jié)合，探討了UFA水泥漿體體系的減縮機(jī)理和收縮模型，為UFA的減縮效應(yīng)提供了相應(yīng)的理論依據(jù)。 3.引入電感調(diào)頻式微位移傳感器自行改進(jìn)設(shè)計(jì)了自收縮測(cè)試裝置，測(cè)試了UFA高性能公路混凝土試件硬化早期(7天以前)的自收縮。結(jié)果表明，UFA可抑制混凝土的自收縮變形；同時(shí)通過水泥石結(jié)構(gòu)孔隙水的計(jì)算比較了UF

5、A水泥漿體和基準(zhǔn)水泥漿體早期的內(nèi)部自干燥程度。結(jié)果表明UFA的摻入降低了水泥石內(nèi)部的自干燥，從而進(jìn)一步論證了UFA能抑制混凝土的自收縮變形的論點(diǎn)。 4.對(duì)UFA高性能公路混凝土早期塑性收縮變形、溫度收縮變形以及干燥收縮變形進(jìn)行了系統(tǒng)試驗(yàn)研究。結(jié)果表明，UFA減小了混凝土早期塑性收縮變形和溫度變形，當(dāng)UFA摻量不大于40％時(shí)，UFA摻入可有效抑制干縮，而UFA摻量大于40％時(shí)，早期干縮隨UFA摻量的增加而增大。在干縮試驗(yàn)基礎(chǔ)上研究

6、了自收縮和干縮之間的相互關(guān)系，對(duì)給定水膠比和變水膠比情況下的干縮與自收縮之間的相互關(guān)系進(jìn)行了比較。最后建立了UFA公路混凝土總收縮預(yù)測(cè)經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ停ㄟ^收縮試驗(yàn)復(fù)演表明預(yù)測(cè)值與實(shí)測(cè)值能較好的吻合。 5.引入有限元理論利用Ansys軟件計(jì)算了UFA公路混凝土面板早期的溫度應(yīng)力和收縮應(yīng)力，并進(jìn)行了應(yīng)力耦合。結(jié)果進(jìn)一步表明UFA摻入增強(qiáng)了混凝土早期的抗裂性能。 6.以UFA為主體材料，氟石膏(FluoroGypsum，簡(jiǎn)稱FG)為

7、改性材料，通過正交試驗(yàn)成功研發(fā)了UFA-FG減縮抗裂專用摻合料。利用其收縮補(bǔ)償效應(yīng)有效降低了混凝土的早期收縮變形，提高了混凝土的抗裂性能。 7.引入模糊數(shù)學(xué)理論建立的UFA高性能公路混凝土早期抗裂性能的綜合評(píng)判系統(tǒng)可有效地對(duì)公路混凝土的早期抗裂性能進(jìn)行綜合評(píng)判，消除了以往評(píng)價(jià)系統(tǒng)的“互斥性”，使得評(píng)價(jià)結(jié)果更科學(xué)。同時(shí)應(yīng)用于實(shí)際路面工程的抗裂性評(píng)判，評(píng)價(jià)結(jié)果顯示路面的早期抗裂性能為“優(yōu)”，與實(shí)際觀測(cè)結(jié)果相吻合。 8.將UF

8、A成功應(yīng)用于衡棗高速公路常寧聯(lián)絡(luò)線十八標(biāo)段路面高性能混凝土現(xiàn)場(chǎng)澆注試驗(yàn)路段工程，并總結(jié)了UFA應(yīng)用于路面施工過程中的施工技術(shù)要點(diǎn)及質(zhì)量控制技術(shù)。實(shí)際的工程應(yīng)用表明，UFA高性能公路混凝土力學(xué)性能滿足設(shè)計(jì)要求，其中冬季施工(0～5℃)混凝土7天抗折強(qiáng)度就滿足工程開放交通的要求；混凝土的和易性良好，性能穩(wěn)定；早期抗裂性優(yōu)良，肉眼未見裂縫；且長期性能優(yōu)良。以20～30％UFA等量取代水泥，應(yīng)用于路面施工工程實(shí)際，并獲得成功，在國內(nèi)尚不多見。