使用未处理海砂制备超高性能混凝土及性能研究

发布时间：2020-07-11 21:15

【摘要】：未处理海砂的氯离子含量高,会加速钢筋的锈蚀,需经过淡化处理后方可安全使用,但沿海地区淡水资源匮乏,淡化海砂成本过高,因此如何安全合理地利用未处理海砂,成为工程师们需要思考的问题。利用超高性能混凝土(Ultra-High Performance Concrete,UHPC)耐久性能优异的特点,本文提出将未处理海砂用于制备UHPC,实现对未处理海砂的安全利用,通过胶砂和混凝土实验研究了海砂UHPC的力学性能和耐久性能,得出的主要结论如下:(1)综合考虑力学性能和工作性能,海砂UHPC基体的推荐配合比为水泥:降粘剂:硅灰:海砂:水:消泡剂=0.7:0.15:0.15:1.0:0.16:0.08%。(2)当钢纤维体积掺量不超过1.5%时,随着钢纤维体积掺量的增加,海砂UHPC的抗压强度和抗折强度明显提高,继续提高钢纤维掺量对强度的增幅效果明显降低。考虑到经济性和力学性能,建议钢纤维体积掺量为1.5%。(3)当钢纤维体积掺量为1.5%时,混杂体积掺量0.75%以内的PVA纤维对强度影响不大,但流动性明显降低。(4)进行90℃热养护的海砂UHPC,与4d抗压强度相比,经标养后7d龄期的抗压强度明显降低,而70℃热养护则没有降低,当70℃蒸汽养护时间超过2d后,延长蒸汽养护时间对强度的提高幅度不大。(5)海砂UHPC的力学性能和耐久性能可以满足GB/T31387-2015《活性粉末混凝土》对UHPC性能的要求。(6)海砂UHPC的总氯离子浓度越高,氯离子结合度越低。当掺入海水时,偏高岭土能明显提高基体的氯离子固化性能,不掺海水时,偏高岭土反而不利于氯离子固化。与标准养护相比,70℃蒸汽养护会降低基体的氯离子固化性能。(7)使用半电池电位法来评判UHPC内部钢筋的锈蚀情况可能导致误判。在浸烘循环40次后,石英砂UHPC半电池电位始终保持在正向大于-200mV,按照水工标准的评判方法,发生锈蚀的概率低于10%,但破型后6根钢筋有2根锈蚀,锈蚀概率为33%。不掺偏高岭土的海砂UHPC电位始终正向大于-260mV,但掺入偏高岭土后,电位明显降低,最低可达到-668mV,所有海砂UHPC内部的钢筋均未锈蚀,对于掺偏高岭土的海砂UHPC而言,不宜用半电池电位来评判钢筋的锈蚀情况。
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TU528
【图文】：

图 1.1 Sherbrooke 人行桥2002 年，Sun-Yu 步行拱桥（图 1.2）在韩国首尔竣工。该桥总跨度 120m，是当时世界上总跨度最长的 UHPC 步行拱桥。预制构件完全采用 UHPC 制作，当UHPC 入模后，在 35℃下养护 48h，再将预制构件移入 90℃蒸汽养护室内养护 48h，养护完成后运至现场拼装。Sun-Yu 步行拱桥采用的 UHPC 配合比见表 1.2，力学性能见表 1.3[17]。

次将 UHPC 应用于制作预应力梁[23]。2016 年 1 月 9 日，由湖南大学主持研发的北辰虹桥在湖南长沙竣工，该桥是国内第一座全预制拼装 UHPC 公路桥。该桥全长 70.8m，共有两跨，跨长分别为36.8m 和 27.6m。该桥预制主梁和围护墙使用的 UHPC 抗压强度达 150MPa，预制箱梁使用的 UHPC 抗压强度达 100MPa，具体的配合比设计见表 1.7。由于该桥完全使用 UHPC 建造，减小了构件的截面尺寸，结构的自重只有普通钢筋混凝土结构的 1/4。北辰虹桥的建成对我国推广 UHPC 在实际工程中的应用具有里程碑的意义[24]。表 1. 7 湖南长沙北辰虹桥配合比设计原材料（kg/m3）水泥硅灰石英砂石英粉减水剂水胶比钢纤维立方体抗压强度（MPa）预制梁 755 190 830 280 18.9 0.16 156 168.5预制桥墩 755 190 830 280 18.9 0.20 156 115.2

表面附近的孔隙液为饱和 Ca（OH）2溶液，PH 值保持在 12面形成一层致密的钝化膜，减少侵蚀性介质对钢筋的影响，当，钢筋才会发生锈蚀。Volpi E 等[29]研究表明：根据混凝土中，可以将钢筋锈蚀分成三个阶段，当 PH＞11.5 时，钢筋表面，当 9.8＜PH＜11.5 时，钝化膜有可能遭受破坏，当 PH＜9.始被破坏，钢筋有较高的锈蚀风险。中钢筋发生锈蚀还需要同时满足以下几个条件[30][31]：筋表面的阴极和阳极区域存在电位差，阴极和阳极区域反应的1~1.4 所示；O2+4e—+2H2O→4OH—Fe→Fe2++2e—Fe2++2OH—→Fe(OH)24Fe(OH)2+2H2O+O2→4Fe(OH)3筋表面的钝化膜被破坏，钢筋表面处于活化状态；筋表面有足够的电解质溶液和氧气存在。

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本文编号：2750939