低热硅酸盐水泥在海工混凝土中的应用研究

发布时间：2020-04-11 03:03

【摘要】：随着海洋工程建设技术的发展,各类大型海洋工程不断兴建,大体积混凝土在工程建设中的应用也日益增多,裂缝控制是大体积混凝土施工中的关键问题,结构开裂会对海工大体积混凝土的耐久性产生不利影响。因此,在海工大体积混凝土中使用低水化热的胶凝材料,是控制混凝土结构开裂、保障结构耐久性的思路之一。相比于普通的硅酸盐水泥,低热硅酸盐水泥(Low-heat Portland Cemen)具有早期水化热低,后期强度发展好的特点,在海洋工程建设具有广阔的应用前景。本文在研究了PLH材料特性的基础上,分析了不同PLH胶凝材料体系的凝结硬化性能,并进一步研究了粉煤灰、矿粉对混凝土的工作性、力学性、耐久性、干燥收缩的影响,提出了采用粉煤灰、矿粉等掺合料配制高性能海工PLH混凝土的技术,最后结合开裂风险进行模拟计算与评估。主要研究内容和结果如下:研究了粉煤灰、矿粉对低热硅酸盐水泥浆体流变性能、水化热、强度以及凝结硬化过程的影响。结果表明:低热硅酸盐水泥浆体属于B-H流体,随着剪切速率的提高,水泥浆体出现剪切稀化特征;粉煤灰和矿粉的掺入不改变浆体的流体模型,同时随矿物掺合料掺量的增加塑性粘度增大、屈服应力降低。低热硅酸盐水泥较普通硅酸水泥出现水化温度峰值较慢,粉煤灰和矿粉的掺入均能降低低热硅酸盐水泥胶材体系各阶段水化放热速率和放热量,粉煤灰更加显著。研究了低热硅酸盐水泥混凝土的工作性能、力学性能、耐久性能以及体积稳定性,并同时研究了矿粉和粉煤灰对混凝土各项性能的影响,试验结果表明:PLH混凝土和易性良好,包裹性强;与同等级的普通混凝土(PO)相比,低热硅酸盐混凝土的早期强度(7d)偏低,但随着龄期的增长,强度不断提高,当养护龄期达56d、90d时,PLH的抗压强度比PO增长了103.7%、116.4%;单掺粉煤灰和矿粉时,早期强度较低,但后期强度增幅大;当10%粉煤灰+20%矿粉复掺时,混凝土工作性能和强度都得到了改善;PLH混凝土在早期氯离子扩散系数高于PO混凝土,但随着养护龄期增长,其氯离子扩散系数逐渐减小并低于PO混凝土;混凝土中掺入一定量的粉煤灰和矿粉时,可进一步降低混凝土氯离子扩散,后期效果显著;粉煤灰和矿粉的掺入均降低了混凝土各龄期的干缩率;当粉煤灰和矿粉复掺时,混凝土孔结构得到细化,硬化混凝土的密实度提高。将PLH混凝土应用于某海洋船闸工程建设中,对船闸主体混凝土构件进行温度监测及开裂风险模拟计算。结果表明:模拟计算PLH混凝土浇筑的试验段中心温度为44.8℃,实测中心温度为42.0℃;普通混凝土浇筑的试验段模拟计算的中心温度为54.2℃,实测中心温度为55.2℃;与普通混凝土相比,采用低热硅酸盐水泥可降低混凝土内表温差约9~13℃;低热水泥试验段混凝土抗裂安全系数k在不同龄期时均大于普通混凝土试验段;实际工程应用表明,PLH混凝土具有更好的抗裂性能,在大体积海工混凝土中具有广阔应用前景。
【图文】：

海洋强国,战略构想,海洋工程,建设背景

课题研究背景海洋工程建设背景洋是巨大潜在资源的宝库，是支持未来发展的战略空间，与国家的发展前景密为实现 21 世纪的民族复兴，建设海上力量已成为重要的战略选择。为此，党七大提出了“提高海洋资源开发能力，坚决维护国家海洋权益，建设海洋强国[1]部署后，党的十九大会议进一步提出了“加快建设海洋强国，实现中华民族伟的方针政策。2013 年 10 月习近平总书记访问东盟时提出“21 世纪海上丝绸之的战略构想（图 1-1），其中建设大量的海洋工程或滨海工程，保障基础设施通是实现战略构想的前提条件。

杭州湾跨海大桥,海洋工程,设计使用年限

1.1.2 海洋工程发展趋势海洋工程基础设施建设关乎我国经济和社会发展以及国际地位的提升，许多耗资巨大的海工构筑物如跨海大桥、海洋钻井平台已经或即将兴建。随着海洋工程领域的不断发展，海上大型工程的规模不断扩大，如大截面沉管和沉箱、大体积承台、大体积海中锚碇等；以及设计使用年限在百年甚至百年以上的工程不断涌现，，如杭州湾跨海大桥（如图 1-2）是目前世界上已建或在建的最长跨海大桥，其设计使用年限为 100 年；我国自行设计、施工、建造的青岛海湾大桥（如图 1-3）设计使用年为 100 年；以及我国正大力兴建的港珠澳大桥（如图 1-4），是跨越珠江口连接香港、珠海、澳门三地的海上通道，是我国继三峡工程、青藏铁路之后又一重大基础设施项目，其设计使用年限为 120年，设计车速为 100Km·h-1。同时，在经济全球化和日趋复杂的国际环境下，港口、码头、海堤、跨海大桥、岛礁建设等沿海、滨海及海洋工程即将迎来新的建设高潮。
【学位授予单位】：广州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：P75;TU528

【参考文献】