大掺量粉煤灰混凝土抗裂性能的试验研究

论文摘要

粉煤灰作为工业副产品,每年的排放量巨大,大量的粉煤灰未被合理利用,不仅浪费资源,而且会污染环境。将粉煤灰作为掺合料应用于混凝土中,可在改善水泥基体性质的同时,减少粉煤灰的存放量。大掺量粉煤灰混凝土相比普通混凝土可以最大程度地利用粉煤灰同时减少水泥用量,具有较好的社会效益、经济效益和环境效益。但是大掺量粉煤灰混凝土目前并没有得到广泛应用,究其原因,一是因为大掺量粉煤灰混凝土的自身性能特别是耐久性方面的研究还不够成熟,二是工程技术人员的观念也限制了大掺量粉煤灰混凝土的应用。本文结合宁夏某项目主要对大掺量粉煤灰混凝土的抗裂性能进行研究。通过试验研究了不同粉煤灰掺量的混凝土的极限拉伸值,干缩,抗拉强度等与抗裂有关的性能,并通过数值方法对极限拉伸值的试验结果及试验方法进行了分析与研究。为了从微观上分析大掺量粉煤灰混凝土的抗裂机理,利用扫描电子显微镜对粉煤灰掺量分别为0%、50%、60%、70%和80%的混凝土的水泥石及界面过渡区进行微观分析。本研究得出以下结论:(1)在等强度的条件下,粉煤灰能够提高混凝土的极限拉伸值,掺入适量的粉煤灰对混凝土的抗裂性能是有利的。但随着养护龄期的增长,混凝土的轴心抗拉强度,弹性模量等增长速度会超过极限拉伸值的增长速度。(2)掺粉煤灰后混凝土的干缩率大大小于未掺粉煤灰的基准混凝土,且混凝土的干缩率随着粉煤灰掺量的增加而降低。(3)粉煤灰掺量小于60%时,混凝土中掺加粉煤灰可以提高混凝土的早期抗裂性,随着龄期的增加,混凝土的抗压强度发展速度超过抗拉强度的发展速度,粉煤灰混凝土后期拉压比有所降低,但仍高于基准混凝土。(4)采用指数模型得到的回归方程与试验结果吻合较好,可以对极限拉伸试验结果进行预测,从而对不同粉煤灰掺量的混凝土的抗裂性进行预测。(5)采用有限元分析的方法对极限拉伸试验的模拟与分析的结果表明:增大试件截面能够提高试件的抗裂韧性;粉煤灰掺量不超过60%时,可以在满足极限拉伸性能的同时,减少水泥用量。粉煤灰掺量为80%时,会明显削弱混凝土的极限拉伸性能。(6)粉煤灰掺量较高时通过二次水化反应能显著降低水泥石及过渡区中Ca(OH)2晶体的含量及生长取向,使其变得不定形。但粉煤灰掺量较高时,由于不能充分发挥其活性效应,过量的未水化的粉煤灰颗粒聚集在集料周围,且又没有足够凝胶体,反而会使结构变得疏松,削弱混凝土的水泥石及过渡区的结构。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 本研究的理论依据
• 1.2.1 粉煤灰的作用与机理分析
• 1.2.2 裂缝产生的机理
• 1.2.3 抗裂评价指标
• 1.2.4 大掺量粉煤灰混凝土的概念
• 1.3 粉煤灰混凝土抗裂性能的研究现状
• 1.3.1 抗拉强度与抗折强度
• 1.3.2 变形性能
• 1.3.3 热学性能
• 1.3.4 综合抗裂能力
• 1.4 本文的研究内容和技术路线
• 1.4.1 本文的主要研究内容
• 1.4.2 本文技术路线
• 第二章 材料与方法
• 2.1 试验用原材料
• 2.1.1 水泥
• 2.1.2 粉煤灰
• 2.1.3 粗骨料与细骨料
• 2.1.4 外加剂
• 2.1.5 水
• 2.2 试验方案与配合比设计
• 2.2.1 试验方案
• 2.2.2 配合比设计
• 2.3 试验方法
• 2.3.1 极限拉伸试验
• 2.3.2 干缩试验
• 2.3.3 其他试验
• 2.3.4 试验设备
• 第三章 试验结果与分析
• 3.1 试验结果
• 3.2 试验结果分析
• 3.2.1 极限拉伸试验
• 3.2.2 干缩
• 3.2.3 抗裂系数
• 3.2.4 拉压比
• 3.2.5 大掺量粉煤灰混凝土粉煤灰的合适掺量
• 3.3 本章小结
• 第四章 极限拉伸试验结果的多元非线性回归
• 4.1 最小二乘法的基本原理
• 4.2 多元非线性回归分析
• 4.2.1 回归过程概述
• 4.2.2 非线性回归源程序
• 4.2.3 误差分析
• 4.3 本章小结
• 第五章 极限拉伸试验的数值分析
• 5.1 常见的单轴拉伸损伤模型
• 5.2 ABAQUS 中的混凝土塑性损伤模型简介
• 5.3 试件受力分析
• 5.3.1 有限元模型
• 5.3.2 有限元结果与分析
• 5.4 弹塑性有限元分析
• 5.4.1 弹塑性分析的有限元模型
• 5.4.2 弹塑性有限元分析结果
• 5.4.3 极限拉伸试验的尺寸效应
• 5.4.4 不同试件的有限元分析对比
• 5.5 本章小结
• 第六章 大掺量粉煤灰混凝土抗裂性能的微观分析
• 6.1 扫描电子显微镜的工作原理及特点
• 6.2 SEM 试样要求与制备
• 6.3 SEM 结果与分析
• 6.3.1 水泥石微观结构与分析
• 6.3.2 界面过渡区微观结构与分析
• 6.4 本章小结
• 第七章 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 展望
• 参考文献
• 附录
• 致谢
• 作者简介