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高贝利特水泥水工构筑物混凝土性能研究

王可良

  与硅酸盐水泥相比,高贝利特水泥的水化热低,能够降低水化温升,在水工构筑物混凝土中具有良好的应用前景。为了体现高贝利特水泥在水工构筑物混凝土温控方面的优势,解决标准试件高贝利特水泥混凝土早期强度低的问题,有必要基于混凝土尺寸效应,系统研究不同尺寸的高贝利特水泥水工构筑物混凝土的温控、力学、体积稳定性和耐久性能。混凝土的裂缝扩展能力和岩基混凝土的抗滑稳定性关系着水工构筑物的安全运行,因此,研究高贝利特水泥混凝土的断裂性能和岩基-混凝土的抗剪性能具有重要的应用价值。 本文采用室内试验和青州仁河水库现场试验相结合,制作了尺寸为Ф200mm×100mm的标准试件及尺寸分别为Ф1000mm×500mm、Ф2000mm×1000mm、Ф4000mm×2000mm的大尺寸混凝土试件。研究了高贝利特水泥混凝土的温控和自生体积变形,并与硅酸盐水泥混凝土进行了比较。通过对混凝土进行钻芯取样,比较了混凝土在不同尺寸、不同部位、不同龄期的力学和耐久性能的差异。运用三点弯曲梁试验,研究了混凝土的断裂性能。在临朐县淌水崖水库现场,采用平推法试验了高贝利特水泥混凝土与岩基的抗剪性能。采用压汞仪对混凝土的微观结构进行了表征。 试验结果表明,与硅酸盐水泥混凝土相比,高贝利特水泥混凝土的极限拉伸值大、抗拉强度高、体积稳定性好、抗裂指数大,有利于提高大体积混凝土的抗裂性。在混凝土温控方面,与相同尺寸的硅酸盐水泥混凝土比较,高贝利特水泥混凝土能显著节约冷却水用量。高贝利特水泥混凝土中20nm~100nm的孔含量高于硅酸盐水泥混凝土,而大于200nm的孔含量明显低于硅酸盐水泥混凝土。相同尺寸和位置的高贝利特水泥混凝土抗压强度、抗拉强度、极限拉伸值、抗拉弹性模量等力学性能和抗冻融、抗渗、抗侵蚀等耐久性能均优于硅酸盐水泥混凝土。 高贝利特水泥混凝土试件的力学及耐久性能具有明显的尺寸效应。尺寸分别为Ф1000mm×500mm、Ф2000mm×1000mm、Ф4000mm×2000mm的高贝利特水泥混凝土试件的7d抗压强度明显大于尺寸为Ф200mm×100mm的高贝利特水泥混凝土试件。不同尺寸、不同位置的混凝土力学性能及耐久性能差异较大。混凝土试件中部(从试件中心到混凝土边缘处的中间位置,下同),20nm~100nm的少害孔比例最大,大于200nm的多害孔比例最少,各龄期的抗压强度、抗拉强度、极限拉伸值及抗拉弹性模量最大。两种水泥混凝土标准试件的抗冻融、抗渗、抗硫酸镁侵蚀等耐久性能优于尺寸为4000mm×2000mm的混凝土。混凝土的自生体积变形具有明显的尺寸效应。机理研究分析表明,混凝土尺寸大,孔径小于20nm的凝胶孔所占比例大,毛细孔壁负压大,混凝土自生体积收缩变形增加。基于此,建立了混凝土自生体积变形尺寸效应理论。与硅酸盐水泥混凝土比较,高贝利特水泥混凝土中小于20nm的孔的比例含量小,自生体积变形(收缩)增加的幅度较小。 高贝利特水泥混凝土断裂能大,起裂韧度和失稳韧度分别是硅酸盐水泥混凝土的1.17倍和1.24倍,水工构筑物混凝土抵御裂缝扩展能力增强。高贝利特水泥混凝土与岩基的摩擦系数为1.204,远高于硅酸盐水泥混凝土与岩基的摩擦系数0.790;抗剪摩擦系数几乎是硅酸盐水泥混凝土的2倍,这有利于岩基混凝土构筑物的抗滑稳定性。 高贝利特水泥混凝土的力学性能、耐久性能、体积稳定性和温控等方面均优于硅酸盐水泥混凝土。大尺寸高贝利特水泥混凝土7d龄期的抗压强度高于标准试件,解决了工程实际应用中标准试件高贝利特水泥混凝土早期强度低问题。高贝利特水泥混凝土断裂韧度大,混凝土与基岩的抗剪断和抗剪性能优于硅酸盐水泥混凝土,有望为水工构筑物混凝土裂缝扩展与抗滑稳定性提供一种有效的解决方法。基于混凝土自生体积变形效应理论,可为预防水工构筑物混凝土裂缝提供一定理论基础。……   
[关键词]:高贝利特水泥;水工构筑物混凝土;性能;尺寸效应;微观结构
[文献类型]:博士论文
[文献出处]:中国建筑材料科学研究总院2011年