混合骨料自密实混凝土物理力学及耐久性能试验研究

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混合骨料混凝土是一种介于普通骨料混凝土与轻骨料混凝土之间的过渡性混凝土,它是用一定比例的轻质骨料取代普通粗、细骨料而得来的。混合骨料混凝土在不显著降低强度和弹性模量的前提下,融合了轻骨料混凝土比强度高、收缩变形小、耐久性能好的特点,同时有利于提高水泥水化程度和减小预应力损失,综合了普通混凝土力学性能优势和轻骨料混凝土耐久性高的优势,在大承载、大跨度、超高层、高预应力等大型混凝土工程中具有显著的经济效益和应用前景。为使混合骨料混凝土更好的应用于实际工程并适应混凝土高性能化的发展需求,本文将自密实技术应用到混合骨料混凝土中,以轻骨料的体积掺量、轻骨料预湿程度、引气剂和聚丙烯纤维的引入为研究变量,考察了这些因素对混合骨料混凝土工作性能、物理力学性能和耐久性能的影响规律。主要工作内容和结论如下:(1)开展了轻骨料的基本性质和混凝土拌合物和易性试验。所用轻骨料1h和24h吸水率分别为9.5%和13.8%,轻骨料吸水率-时间曲线呈现明显的两阶段吸水规律。各组混凝土的自密实等级均达到SF1和VS1,随轻骨料掺量的提高,新拌混凝土坍落扩展度依次降低,且轻骨料预湿程度越低,混凝土的和易性越差。引气剂产生的气泡提高了混凝土的坍落扩展度。聚丙烯纤维增加了混凝土拌合物的粘性,和易性有所降低。(2)开展了混合骨料混凝土的早龄期自收缩试验和7d、28d、90d龄期的抗压强度试验、劈裂抗拉强度试验。随着轻骨料体积掺量和预湿程度的提高,混合骨料混凝土的早龄期自收缩率逐渐降低。14d龄期时,轻骨料掺量为20%和40%的混凝土自收缩率分别比普通混凝土降低了19.5%、29.6%;轻骨料预湿1h、24h制备的混凝土自收缩率分别比干燥轻骨料配制的混凝土降低了16.6%和36.6%。随着轻骨料体积率的提高,混合骨料混凝土在各龄期的抗压强度逐渐降低。轻骨料预湿程度的提高降低了混凝土的早龄期强度,但其后期强度增长率较大,90d时,预湿轻骨料配制的混凝土抗压强度均超过干燥轻骨料配制的混凝土。聚丙烯纤维对混合骨料混凝土的强度的增强效果并不显著,而引气剂对混凝土的力学性能有不利影响。劈拉强度的变化规律与抗压强度一致。(3)采用快冻法开展了混合骨料混凝土的冻融循环试验。结果表明:各组混凝土的质量损失率均不超过0.6%。随陶粒掺量的提高,混合骨料混凝土的相对动弹性模量依次增大,混合骨料混凝土抗冻性的提高主要来源于陶粒的“引气”作用、界面强化作用和弹性协调作用。轻骨料预湿程度提高会削弱其“引气”作用和界面强化作用,造成抗冻性能的下降,但仍高于普通混凝土。少量引气剂的掺入显著提高了混凝土的抗冻性能。聚丙烯纤维有助于限制混凝土冻胀裂纹的扩展,降低了混合骨料混凝土的冻害。(4)开展了混合骨料混凝土真空饱水孔隙率试验和毛细吸水试验。随着轻骨料体积掺量的提高,混合骨料混凝土的孔隙率逐渐增加,而且预湿程度较低的轻骨料制备的混凝土具有更高的孔隙率。引气剂显著降低了混凝土的孔隙率,而聚丙烯纤维对混凝土孔隙率没有明显的影响。混合骨料混凝土的累积吸水量曲线呈现出两阶段吸水过程,且初始阶段吸水率明显高于第二阶段吸水率。轻骨料体积掺量的增加和预湿程度的降低减小了混凝土初始阶段吸水率。引气剂大幅降低了混合骨料混凝土的初始阶段吸水率,而聚丙烯纤维对混凝土初始阶段吸水率的影响很小。(5)基于混凝土非饱和流体理论对混合骨料混凝土毛细吸水过程的水分含量分布和水分渗透深度进行了预测,结果表明:水力扩散系数采用幂函数形式和指数函数形式所得到的水分分布曲线变化规律相同,且指数函数的水分渗透深度预测结果略大于幂函数的预测结果。提高轻骨料体积掺量和降低轻骨料预湿程度均有利于降低混合骨料混凝土的水分渗透深度。引气剂能够显著降低混合骨料混凝土的水分渗透深度,而掺入聚丙烯纤维对混合骨料混凝土水分渗透深度没有明显的影响。
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