内养护高强混凝土抗冻融和抗盐冻性能研究

发布时间：2020-09-07 14:07

　　 混凝土在其服役过程中通常会受到各种环境因素下的联合作用,比如溶蚀、冻融循环等,为了提高混凝土材料的抗冻融破坏耐久性,国内外学者进行了多方面研究,如使用掺合料、早强剂、抗冻剂、引气剂、纤维等措施。内养护是将预湿吸水的内养护材料替代骨料作为混凝土原料,因向混凝土提供内部水分补偿,对缓解自干燥,减小自收缩,增强混凝土密实性,提高结构耐久性具有重要意义。本文通过室内试验、理论分析等手段,选取100-250μm粒径的高吸水树脂(SAP)与轻细骨料(LWA)为内养护材料,设置不同内养护材料掺量和引入水量,进行快速冻融与盐冻试验研究,通过观测宏观质量损失、SEM微观形貌结构与物相组成,对内养护混凝土冻融破坏进行机理分析,并提出内养护混凝土最优抗冻性方案,探讨冻融与盐冻环境下内养护高强混凝土耐久性损伤劣化机理,旨在对特殊环境下服役的高强混凝土综合性能设计提供重要理论基础与应用价值。具体研究如下:(1)通过试验得知,内养护材料的掺入会降低高强混凝土的抗压强度,但降低幅度较小,主要是由于内养护水引起的水化充分产生的钙矾石AFt、AFm引起的致密性减弱、SAP释水后形成大孔洞而导致的强度降低;轻细骨料振捣过程中出现上浮现象,改变试块表面的水灰比与表层混凝土性质,对混凝土的强度有较大影响,但内养护混凝土强度仍满足规范设计要求;(2)通过清水和3%NaCl盐溶液快速冻融试验,获取宏观抗冻性指标质量损失率和相对动弹性模量,为便于分析,将含SAP内养护材料的试块标记为HSC+数字,数字为引入水量,含LWA内养护材料的试块标记为LWA+数字,同配比的基准混凝土标记为HSC,分析如下:在水冻环境中经150次冻融循环,SAP掺量为0.24%,预湿水量为总水量10%的HSC10混凝土质量损失率最低,仅为0.2%;质量损失率从小到大顺序为HSC10HSC0LWA5LWA10HSC5HSCLWA0,可见采用内养护技术可提高混凝土的抗冻性,其中内养护材料SAP提高抗冻性的效果要优于LWA。冻融25、50、75、100和150次后分析试块相对动弹性模量知,相比基准混凝土HSC,LWA0组与HSC10组混凝土相对动弹性模量较大,抗冻性优于基准混凝土,其他组试块的动弹性模量稍有降低,但降幅不大。总体看来,掺加LWA更能有利于掺加SAP的试验组,对提高高强混凝土的抗冻性有更加积极的影响。经3%NaCl溶液快冻的试块相较于标准冻融试验的清水环境下质量损失率都有约50%程度的增加,表面剥落严重,但是相对动弹性模量的下降比在水中时稍为缓慢。(3)经盐冻(单边冻融)之后,质量损失率随引入水量的增加而降低,HSC10-HSC10HSC5-HSC5HSC0HSC,主要原因是:水结冰膨胀引起混凝土面层浆体剥落是导致质量减小。相对动弹性模量表现为HSC10-HSC5-HSC10HSC5HSC0HSC,混凝土内部产生微小而均匀的气泡,不易被水充满,饱水度明显降低。同时及时吸纳受冻区的过冷水,缓解盐溶液产生的结冰压,可以改善混凝土的抗盐冻性能;氯离子与水化产物反应生成水化氯铝酸钙,起到缓解侵蚀破坏的作用。进行电镜扫描分析,主要对SAP孔洞处、骨料与水泥浆体联结处与微裂缝处的微观形貌与物象组成进行观测,根据钙矾石的生长形态,可以证明在SAP释水形成孔洞处,空气由于无法进入而形成真空,内外存在压力差形成“微气泵”,为“微气泵”假说提供了依据。为SAP的掺加导致的强度降低,自收缩减小,抗冻性能提高提供了理论依据。(4)根据实验研究结果选取最优内养护材料掺量方案,认为HSC10试验组(SAP掺量0.24%,内养护水量为SAP质量的25倍)的抗冻性与自收缩效果最好。对内养护高强混凝土的综合性能设计与工程利用提供了理论依据。
【学位单位】：华北水利水电大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TU528
【部分图文】：

图 1.1-1 混凝土盐冻破坏Figure 1.1-1 Concrete salt damage高强混凝土的渗透性很小，针对早期的不利变形，为了调控高强混凝土的自干燥与自收缩现象，减少因体积变化而导致的裂缝，为了可以从混凝土内部为水泥水化作用提供充足的水分，加速凝胶材料形成稳定的结晶，提高粘结力，故提出内养护技术，来降低自干燥和自收缩对混凝土的影响，改善混凝土的物理，增强结构的力学性能。近年来混凝土材料的耐久性课题研究中的内养护技术研究是国际研究的热点与前沿。内养护混凝土由粗骨料、砂、水泥、硅灰、粉煤灰、矿渣、减水剂、内养护材料组成，经过搅拌机搅拌形成混凝土试块，再放入养护室进行一段时间的标准养护。虽然这种混凝土试块是多相复合的，但是本质上和其他普通混凝土材料无大差别，经过多次的冻融循环之后，混凝土材料内部原有的微孔隙以及微裂纹等积累到了一定的程度，会对材料的各种性能产生不利的影响，之后材料也会因此发生破坏或者形变。Kliege 在1957年首先提出了让轻集料做为水分的载体来促进水泥水化，内养护的概念有了初步的萌芽。内养护技术的概念则是由美国学者 Philleo[2]提出的。国际材料结构研究实验联合会和美国混凝土协会一致认为，内养护在预先加入养护材料的情况下，根据养护时的具

-1技术路线图

-1SAP吸水前状态Figure2.1-1SAPpre-waterabsorptionstate

【参考文献】

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1 魏亚;向亚平;;轻细骨料内养护混凝土抗冻融和抗盐冻性能[J];建筑材料学报;2014年05期

2 王德志;孟云芳;韩静云;;超吸水聚合物内养护对混凝土抗冻性的影响[J];混凝土与水泥制品;2010年01期

3 何真;陈衍;梁文泉;杨华全;;内养护对混凝土收缩开裂性能的影响[J];新型建筑材料;2008年08期

4 胡曙光;周宇飞;王发洲;彭波;;高吸水性树脂颗粒对混凝土自收缩与强度的影响[J];华中科技大学学报(城市科学版);2008年01期

5 S.Collepardi;G.Corazza;G.Fazio;S.Monosi;R.Troli;刘立;;混凝土破损结构的补偿收缩修补砂浆[J];膨胀剂与膨胀混凝土;2007年04期

6 丁以兵;詹炳根;黄其海;周万良;;自养护作用下的高性能混凝土抗冻与抗渗性能[J];合肥工业大学学报(自然科学版);2007年05期

7 詹炳根;丁以兵;;掺聚丙烯酸酯类SAP低水灰比水泥浆水化研究[J];建筑材料学报;2007年02期

8 陈德鹏;钱春香;赵洪凯;高桂波;;内养护措施改善混凝土收缩开裂性能[J];特种结构;2007年01期

9 朱蓓蓉,杨全兵,黄士元;除冰盐对混凝土化学侵蚀机理研究[J];低温建筑技术;2000年01期

本文编号：2813443