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轻质高强粉煤灰陶粒的制备及其混凝土性能

作　者: 邓宏卫
导　师: 巴恒静
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 结构工程
关键词: 粉煤灰陶粒流变学参数矿物掺合料力学性能渗透性
分类号: TU528.0
类　型: 博士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

轻骨料混凝土具有轻质、造价低、高抗震性、高抗裂性、高耐久性、高耐火性、保温隔热等特点。轻骨料混凝土应用于建筑工程中在满足强度及其它性能要求的同时可大幅度减轻结构物的自重,这一特性使轻骨料混凝土有非常重要的应用价值。随着保护环境、实现可持续发展的国策不断深入以及建筑节能需求愈来愈高,利用各种工业废弃物生产人造轻骨料以及利用轻骨料配制的高性能的轻集料混凝土理论与应用技术具有重要的研究价值和现实指导意义。本文首先采用粉煤灰为主要原材料,掺入不同比例的助胀剂和助熔剂,在实验室内利用可控式电热炉,进行了高强粉煤灰烧胀陶粒制备的试验研究,结果表明,在焙烧温度区间为1200～1280℃;,焙烧时间在5～10min时烧制粉煤灰陶粒过程中,随着助胀剂掺量的增加,粉煤灰烧胀陶粒的体积密度、表观密度和24h吸水率而逐渐减小;助熔剂掺入后可显著提高陶粒的颗粒强度,降低其吸水率,改善陶粒内部的孔形结构。粉煤灰陶粒配料的酸碱系数Pk与粉煤灰陶粒的孔隙率、颗粒强度有很好的线性关系。获得符合轻质高强粉煤灰陶粒的要求三个密度等级(600级, 700级, 800级)的粉煤灰陶粒最佳配合比。随后在三个工厂进行了工业化生产中试试验,获得了烧制出轻质高强粉煤灰陶粒生产工艺路线。利用流变仪研究矿物掺合料种类与掺量对水泥浆体流变学参数影响规律,提出了单掺矿渣、粉煤灰、沸石粉和硅灰以及以不同比例复掺后水泥浆体的屈服强度和塑性粘度变化规律,获得了使粉煤灰陶粒混凝土获得良好的工作性能且陶粒在混凝土中分布得很均匀单掺和复掺矿物掺合料的最佳比例。为配制出高性能轻集料混凝土奠定了理论基础。通过对不同矿物掺合料的粉煤灰陶粒混凝土和普通同强度混凝土试件的单轴受压试验,得到了粉煤灰陶粒混凝土棱柱体强度与立方体强度的关系,并与普通混凝土的峰值应变、弹性模量、泊松比与立方体强度进行了比较。试验结果表明粉煤灰陶粒混凝土应力应变全曲线与普通混凝土相似,可以采用现行的规范进行设计。针对我国三北地区桥面铺装中大量应用轻骨料混凝土这一现状,利用欧盟推荐标准混凝土抗盐冻试验(CDF)对比研究了粉煤灰陶粒混凝土与普通混凝土的抗冻性。掺加矿物掺合料的粉煤灰陶粒混凝土的单面抗冻性大大优于普通混凝土的单面抗冻融性。单掺矿物掺合料的56次的耐单面抗冻顺序是:硅灰>粉煤灰>矿渣。复掺矿物掺合料的56次的耐单面抗冻顺序是:硅灰+矿渣>硅灰+粉煤灰>矿渣+粉煤灰。复掺矿物掺合料混凝土的单面抗冻性均大大优于单掺矿物掺合料混凝土的单面抗冻性。通过SEM-EDXA的分析,轻集料与水泥石之间的界面过渡区的范围约为5~20um,远远小于普通混凝土界面过渡区范围。界面区过渡区越小,混凝土的力学性能与耐久性越优良。研制开发了荷载下混凝土渗透性测试装置,可实现对承受0~70%抗压或抗拉强度的压应力或拉应力持续作用的混凝土试件的渗透性进行自动测量,混凝土渗透性以ASTM C 1202方法中的电通量表征。无论承受荷载作用或非荷载作用下,同强度等级的轻集料混凝土的电通量小于普通集料混凝土;当所受应力大于某一阈值时,混凝土的渗透性明显增大。以电通量评价混凝土的氯离子渗透性时,混凝土电通量Q与所受压(或拉)应力f间关系可用二次函数关系表示:Q = Af2 + Bf + C(A、B、C为常数)。

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-14
第1章绪论  14-32
  1.1 轻骨料  14-21
    1.1.1 轻集料发展历史  14-17
    1.1.2 人造轻骨料的制备技术  17-21
  1.2 轻骨料混凝土  21-29
    1.2.1 轻集料混凝土应用特点  21-25
    1.2.2 轻骨料混凝土力学性能  25-27
    1.2.3 轻骨料混凝土的长期耐久性  27-29
  1.3 本课题的研究目的及意义  29-31
  1.4 本课题的主要内容  31-32
第2章原材料与研究方案  32-48
  2.1 原材料  32-34
    2.1.1 水泥  32
    2.1.2 矿物掺合料  32-33
    2.1.3 陶粒  33
    2.1.4 助胀剂  33-34
    2.1.5 助熔剂  34
    2.1.6 外加剂  34
    2.1.7 水  34
  2.2 研究方案  34-48
    2.2.1 粉煤灰轻质高强陶粒的制备技术研究  34-36
    2.2.2 新拌水泥浆体流变性能的研究  36-39
    2.2.3 轻质高强粉煤灰陶粒混凝土力学性能的研究  39-40
    2.2.4 轻质高强粉煤灰陶粒混凝土抗冻性的研究  40-42
    2.2.5 荷载作用下轻骨料混凝土渗透性能的研究  42-48
      2.2.5.1 拉应力作用下混凝土氯离子渗透性实验装置  42-45
      2.2.5.2 压应力作用下混凝土氯离子渗透性实验装置  45
      2.2.5.3 混凝土试件的饱水处理装置  45-46
      2.2.5.4 混凝土试件形状对电通量的影响  46-48
第3章轻质高强粉煤灰陶粒的制备  48-67
  3.1 引言  48
  3.2 热工制度对陶粒煅烧的影响  48-54
    3.2.1 化学成分对粉煤灰陶粒物料煅烧温度的影响  48-49
    3.2.2 煅烧温度的影响作用  49-53
    3.2.3 煅烧时间的影响作用  53-54
  3.3 助胀剂和助熔剂对粉煤灰烧胀陶粒性能的影响  54-55
  3.4 Pk值与粉煤灰陶粒孔隙率、颗粒强度的关系  55-56
  3.5 助胀剂和助熔剂对粉煤灰烧胀陶粒气孔结构的影响  56-58
  3.6 高强粉煤灰陶粒的工厂煅烧试验  58-66
  3.7 本章小结  66-67
第4章轻质高强粉煤灰陶粒混凝土新拌性能  67-80
  4.1 引言  67
  4.2 单掺矿物微粉对水泥浆体的流变性能影响  67-73
    4.2.1 单掺矿渣对水泥浆体流变性能影响  67-68
    4.2.2 单掺粉煤灰对水泥浆体流变性能影响  68-70
    4.2.3 单掺硅灰对水泥浆体流变性能影响  70-71
    4.2.4 单掺沸石粉对水泥浆体流变性能影响  71-73
  4.3 复掺矿物微粉对水泥浆体流变性能影响  73-77
    4.3.1 复掺硅灰与矿渣对水泥浆体流变性能影响  73-74
    4.3.2 复掺硅灰与粉煤灰对水泥浆体流变性能影响  74-76
    4.3.3 复掺硅灰与沸石粉对水泥浆体流变性能影响  76-77
  4.4 水泥浆体流变学参数与陶粒混凝土的工作性  77-79
    4.4.1 水泥浆体的流变学参数与混凝土的工作性  77-78
    4.4.2 水泥浆体的流变学参数与混凝土的均匀性  78-79
  4.5 本章小结  79-80
第5章轻质高强粉煤灰陶粒混凝土力学性能  80-97
  5.1 粉煤灰陶粒混凝土抗压强度  80-84
    5.1.1 受压破坏形式  80
    5.1.2 抗压强度结果分析  80-84
  5.2 粉煤灰陶粒混凝土的单轴受压应力应变关系  84-95
    5.2.1 试验设备  84-86
    5.2.2 测试点布置  86-87
    5.2.3 试验加载模式  87-88
    5.2.4 粉煤灰陶粒混凝土应力-应变试验现象  88-89
    5.2.5 粉煤灰陶粒混凝土应力-应变试验曲线  89-92
    5.2.6 弹性模量  92-93
    5.2.7 峰值应变  93
    5.2.8 棱柱体抗压强度与立方体抗压强度的关系  93-94
    5.2.9 泊松比  94-95
  5.3 本章小结  95-97
第6章粉煤灰陶粒混凝土的耐久性  97-112
  6.1 单面冻融试验  97-105
    6.1.1 剥落量  97-100
    6.1.2 动弹性模量  100-101
    6.1.3 表面剥落  101-103
    6.1.4 粉煤灰陶粒混凝土界面显微结构分析  103-105
  6.2 荷载作用下混凝土的渗透性  105-110
    6.2.1 压力作用下混凝土的渗透性  105-107
    6.2.2 拉力作用下混凝土的渗透性  107-108
    6.2.3 机理分析  108-110
  6.3 本章小结  110-112
结论  112-113
参考文献  113-121
攻读学位期间发表的学术论文  121-123
致谢  123-124
个人简历  124

轻质高强粉煤灰陶粒的制备及其混凝土性能

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