自密实混凝土鲁棒性与收缩性能研究

发布时间：2020-06-17 15:41

【摘要】：自密实混凝土又称“自流平混凝土”,是近几十年来建筑工业中最重要的发明和应用之一。由于其具有普通振捣混凝土所不具备的高流动性、间隙通过性和抗离析性等优异性能,同时其免振捣性还显著降低了施工噪声并且节省了劳动力,因此其逐渐成为建筑材料中不可替代的一类高性能混凝土。然而,由于组成自密实混凝土的原材料种类复杂,在工程实践中,自密实混凝土的组分性质或含量难免由于各种人为或环境原因发生波动,使得其工作性能发生显著变化,导致结构的硬化性能和耐久性劣化;此外,大量胶凝材料的使用也显著增加了自密实混凝土硬化后的体积变形和开裂风险。本文针对自密实混凝土的上述鲁棒性和体积稳定性问题展开了系统的研究,包括不同尺度水泥基材料流变性能的研究、自密实混凝土鲁棒性的控制因素分析和鲁棒性评估模型的建立、低胶凝材料含量自密实混凝土的配合比优化设计及其鲁棒性分析,以及自密实混凝土体积收缩和减缩剂减缩机理研究等内容。论文的主要研究工作及结论如下:(1)自密实混凝土流变性能的多尺度研究分别从水泥净浆、砂浆以及混凝土尺度研究了组分变化对拌合物自密实性能的关键参数屈服应力的影响规律。在水泥净浆尺度上,研究了聚合物型减水剂对不同水泥颗粒的等温吸附行为,以及不同水泥体积含量和减水剂掺量下水泥净浆的屈服应力变化规律;在砂浆尺度和混凝土尺度上,分别测试了不同砂体积含量对砂浆屈服应力的影响以及不同集料体积含量和粗细集料比例对混凝土屈服应力的影响规律。结果表明,水泥净浆的屈服应力与其名义粒径和水泥颗粒表面间的分开距离成反比,同时随其在浆体中体积分数的增加而增大;砂浆和混凝土尺度的屈服应力则随其所含集料的相对体积分数的增加而增大,当相对体积分数接近临界值0.80时,拌合物屈服应力开始呈数量级的变化。(2)自密实混凝土鲁棒性模型的建立在自密实混凝土流变性能的多尺度研究基础之上,总结出影响自密实混凝土屈服应力的关键参数为:减水剂的实际掺量与其饱和掺量之比()、水泥颗粒在净浆中的体积分数(_((8))以及集料的体积分数(_((6)),并建立了自密实混凝土的鲁棒性评估模型。在建立的鲁棒性模型基础上,分别依据标准和实际情况变动自密实混凝土的组分含量,计算结果显示,影响实际工程中自密实混凝土鲁棒性的主要因素为拌合水和集料体积分数的变化。同时,采用鲁棒性等深图显示了不同水灰比和基体含量(集料相对体积含量)的自密实混凝土在上述关键参数变化下鲁棒性的大小情况。(3)低胶材自密实混凝土的配制理论及其鲁棒性基于颗粒堆积理论研究了低胶凝材料含量自密实混凝土的配制方法。基于多尺度的分析方法,认为集料中小于0.60 mm的颗粒与水泥净浆组成稳定的基体,在此基础之上,提出了拌合物各性能的设计阈值:流动性方面,集料中大于0.60 mm的颗粒的相对体积含量对拌合物流动性具有重要的影响;通过性方面:提出了相对基体厚度的概念,当其值高于某一临界值时,拌合物具有较好的通过性,此时可以避免粗颗粒间的互锁现象;稳定性方面,当拌合物离析倾向较高时,应当增加基体的屈服应力或者增加配合比中集料的体积含量;力学性能方面,混凝土的强度随其集料总表面积的增大而降低,在不影响拌合物新拌性能的前提下,应采用较低的砂体积率以达到较高的力学性能。最后给出了颗粒级配优化曲线中指数的选取范围,从而为采用颗粒级配优化曲线指导低胶材自密实混凝土的配制提供理论依据。依据工程实践中典型的组分含量波动情况,以一种拌合物为研究对象,测试了其组分含量变动下自密实混凝土的鲁棒性。研究表明,相比硬化性能,新拌性能在组分含量波动时更加敏感。提出了鲁棒性向量的概念,并采用向量的范数评估鲁棒性的大小。结果显示,该方法可以直观地反映不同组分及不同测试性能对自密实混凝土鲁棒性的影响程度,与其他学者的研究结果具有较好的一致性。(4)自密实混凝土体积稳定性研究研究了传统聚醚型减缩剂和新型聚合物型减缩剂对水泥基材料收缩的抑制作用,并分析了其减缩机理。结果表明,减缩剂的加入可有效降低自密实混凝土和水泥净浆的自收缩和干燥收缩。传统聚醚型减缩剂的减缩机理为其对水泥基材料内部毛细负压的降低,及其早期结构内部膨胀应力的增加的综合作用;对于新型聚合物型减缩剂,其对体系早期水泥水化明显的调节作用导致体系内部相对湿度始终维持在较高的水平,从而降低了毛细负压,进而起到了对体系收缩变形的抑制作用。其他性能方面,聚醚型减缩剂的掺入对自密实混凝土新拌和力学性能几乎无影响,而聚合物型减缩剂的掺入使拌合物中减水剂掺量明显减少,同时含气量稍有增加进而导致硬化后抗压强度略有下降。
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TU528
【图文】：

流变图,区间

（六）其他方法除上述 SCC 配合比设计方法外，Khayat 和 Sonebi 等学者[22, 29, 30]采用统计学软件计算了 SCC 配合比设计参数与各工作性能之间的定量化关系，通过选择原材料性能及含量等参数进行一系列“单点”试验，从而得出满足特定 SCC 性能所需的配合比。采用该方法可以直观了解各材料参数对 SCC 最终工作性能的影响程度，且通过该方法可得到胶凝材料含量极低的 SCC 配合比。此外，Wallevik 等学者[31, 32]从流变学的角度总结了不同种类 SCC 在流变图中的建议区间，如图 1.1 所示。同时首先提出采用流变学方法指导 SCC 的配合比设计。该方法是将满足混凝土强度及耐久性设计要求的混凝土拌合物放入流变测试装置中进行测试，并得出可以控制混凝土工作性的流变参数，如屈服应力和塑性粘度等，与此同时辅助以传统的工作性测试方法如坍落度或坍落扩展度试验和 V 型漏斗试验等（见 1.2.2 节），进行其流动性、填充性及通过性等性能的测试，最后根据测试结果对 SCC 配合比进行调整。

示意图,示意图,剪切应力,物体

东南大学博士学位论文C 的流变学特性变学的基本概念学（Rheology）的定义是研究物体在外力作用下变形和流动的科学[3目的是研究剪切应力（Shearing Stress，τ）、剪切速率（Shearing Rate的相互关系。为了直观理解上述概念，首先考虑一种简单剪切行为对效果，即层流剪切流动。如图 1.2 所示，可变形物体夹在两块垂直距平板之间，上部平板朝某一方向移动而下部平板固定，材料的变形则相对位移。剪切应力定义为外力（F）与其所作用的面积（S）的比值：定义为两板间的相对运动速率（）与流体厚度的比值：

【参考文献】