利用机制砂制备超高强自密实补偿收缩钢管混凝土研究

发布时间：2020-09-04 19:57

　　超高强钢管混凝土是指钢管内灌入强度等级C100以上补偿收缩混凝土而形成的组合材料,具有承载能力高、抗变形能力强、耐久性好等优点,在西部山区大跨钢管混凝土拱桥和抗震组合高墩工程中具有广阔的应用前景。论文针对西部山区天然河砂资源匮乏,利用机制砂配制超高强混凝土存在的工作性能差、收缩大,管内超高强混凝土不易灌注密实等问题,依托四川省交通厅科技计划项目“超高强自密实微膨胀钢管混凝土研究与应用”(2015TZ0057)及四川广安官盛渠江特大钢管混凝土拱桥的施工建设,开展了利用机制砂制备超高强自密实补偿收缩钢管混凝土研究。本论文取得的主要研究成果如下:1、系统研究了不同矿物掺合料(硅灰、粉煤灰、粉煤灰微珠、矿粉)的水化活性及对水泥胶凝浆体塑性粘度与屈服应力的影响规律,探讨了外加剂母液及功能组分之间的配伍对机制砂超高强钢管混凝土工作性能的影响,开发出具有低含气量、超分散降粘、高保坍型超高强钢管混凝土专用外加剂,提出了矿物降粘与外加剂组分优化协同提升混凝土工作性能的设计方法。2、系统研究了不同配合比参数(胶凝材料组成及用量、水胶比、砂率、机制砂种类及细度模数、机制砂石粉含量、骨料最大粒径)对混凝土工作性能及力学性能的影响。通过配合比的优化设计和开发的超高强钢管混凝土专用外加剂,可降低机制砂中石粉对混凝土性能的影响,因此可在《公路桥涵施工技术规范》JTG TF50-2011的基础上,放宽超高强钢管混凝土对机制砂中石粉含量的限制,针对C100钢管混凝土石粉含量须≤10%,针对C110钢管混凝土石粉含量须≤5%。机制砂超高强混凝土最优配比为水泥:粉煤灰微珠:硅灰:机制砂:碎石:水=503:114:83:690:1035:126,制备的C110超高强混凝土初始坍落度/扩展度为270/630mm,2h坍落度/扩展度损失均20mm,T_(500)时间为10s,含气量1.9%,28d抗压强度达到134.4MPa。3、探究了不同组成的膨胀剂和纤维的种类及掺量对超高强钢管混凝土力学性能和体积稳定性能的影响规律,开发出以HCSA、MgO和石膏为组成的机制砂超高强钢管混凝土用高能复合膨胀剂,钢纤维和复合膨胀剂协同显著提高了超高强钢管混凝土的体积稳定性能。提出了机制砂超高强钢管混凝土的力学性能、体积稳定性能与泵送性能协同提升的制备技术,利用机制砂制备出C100~C140自密实补偿收缩超高强钢管混凝土。4、研究成果已应用于广安官盛渠江特大钢管混凝土拱桥,检测结果表明,钢管内C100自密实补偿收缩超高强钢管混凝土填充密实。形成了包括原材料的选择与质量控制标准、混凝土拌合与泵送顶升灌注工艺、混凝土密实度检测方法等方面的机制砂超高强钢管混凝土的施工与质量控制技术。
【学位单位】：武汉理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TU398.9
【部分图文】：

圆钢管混凝土,轴压

在承力过程中，利用钢管的套箍约束使混凝土处于三向受压状态，因此，混凝土的脆性破坏形式由此变为弹塑性破坏，提高了混凝土的抗变形能力、抗压强度和耐久性能；同时，混凝土的内部密实填充减少钢管的局部屈曲和受压失稳，使钢管的稳定性失效模式转变为强度控制失效模式，刚度退化减慢，因此，钢管混凝土结构使材料的性质发生了质的变化[5~6]，组合结构的承载力成倍提高，钢管混凝土除具有高强质轻、延性好、耐疲劳、耐火等优越的性能外，还具有省工省料、架设轻便、施工快速等优越的施工性能[7]。钢管混凝土在受轴心压力时会产生套箍效应，这是使其具有特殊性能的本质原因。钢管混凝土的轴心受压研究表明[8]：初始阶段，由于荷载较小，组合结构处于弹性工作阶段，随着荷载的增大，钢管进入弹塑性阶段后泊松比 μs稳定于 0.5，而混凝土的泊松比 μc随着荷载的增大由低应力时的 0.167 增至极限状态时由于混凝土开裂而大于 1，因此，当混凝土的泊松比超过 0.5 时，混凝土的横向变形会超过钢管的横向变形，由此，钢管会对核心混凝土产生一个负向的紧箍力 p，混凝土处于三向应力状态，钢管混凝土轴心受压时的典型应力-应变曲线及各自受力状态如如下图 1-1、1-2。

受力状态,钢管,钢管混凝土

机制砂,外观,主要技术指标

m2/kg，含水率 0.5%，需水量比为 125%，烧失量为 3.7%。6）细集料：四川广安当地产的卵石破碎机制砂，主要技术指标见表线如图 2-1、2-2 所示。表 2-5 机制砂主要技术指标称表观密度kg/m3堆积密度kg/m3含泥/石粉量(<0.075mm，%)细度模数亚甲蓝 M值 g/k制砂 2670 1560 5.1 2.81 1.0

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