【摘要】：未處理海砂的氯離子含量高,會加速鋼筋的銹蝕,需經過淡化處理后方可安全使用,但沿海地區(qū)淡水資源匱乏,淡化海砂成本過高,因此如何安全合理地利用未處理海砂,成為工程師們需要思考的問題。利用超高性能混凝土(Ultra-High Performance Concrete,UHPC)耐久性能優(yōu)異的特點,本文提出將未處理海砂用于制備UHPC,實現對未處理海砂的安全利用,通過膠砂和混凝土實驗研究了海砂UHPC的力學性能和耐久性能,得出的主要結論如下:(1)綜合考慮力學性能和工作性能,海砂UHPC基體的推薦配合比為水泥:降粘劑:硅灰:海砂:水:消泡劑=0.7:0.15:0.15:1.0:0.16:0.08%。(2)當鋼纖維體積摻量不超過1.5%時,隨著鋼纖維體積摻量的增加,海砂UHPC的抗壓強度和抗折強度明顯提高,繼續(xù)提高鋼纖維摻量對強度的增幅效果明顯降低。考慮到經濟性和力學性能,建議鋼纖維體積摻量為1.5%。(3)當鋼纖維體積摻量為1.5%時,混雜體積摻量0.75%以內的PVA纖維對強度影響不大,但流動性明顯降低。(4)進行90℃熱養(yǎng)護的海砂UHPC,與4d抗壓強度相比,經標養(yǎng)后7d齡期的抗壓強度明顯降低,而70℃熱養(yǎng)護則沒有降低,當70℃蒸汽養(yǎng)護時間超過2d后,延長蒸汽養(yǎng)護時間對強度的提高幅度不大。(5)海砂UHPC的力學性能和耐久性能可以滿足GB/T31387-2015《活性粉末混凝土》對UHPC性能的要求。(6)海砂UHPC的總氯離子濃度越高,氯離子結合度越低。當摻入海水時,偏高嶺土能明顯提高基體的氯離子固化性能,不摻海水時,偏高嶺土反而不利于氯離子固化。與標準養(yǎng)護相比,70℃蒸汽養(yǎng)護會降低基體的氯離子固化性能。(7)使用半電池電位法來評判UHPC內部鋼筋的銹蝕情況可能導致誤判。在浸烘循環(huán)40次后,石英砂UHPC半電池電位始終保持在正向大于-200mV,按照水工標準的評判方法,發(fā)生銹蝕的概率低于10%,但破型后6根鋼筋有2根銹蝕,銹蝕概率為33%。不摻偏高嶺土的海砂UHPC電位始終正向大于-260mV,但摻入偏高嶺土后,電位明顯降低,最低可達到-668mV,所有海砂UHPC內部的鋼筋均未銹蝕,對于摻偏高嶺土的海砂UHPC而言,不宜用半電池電位來評判鋼筋的銹蝕情況。
【學位授予單位】：湖南大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TU528
【圖文】：

圖 1.1 Sherbrooke 人行橋2002 年，Sun-Yu 步行拱橋（圖 1.2）在韓國首爾竣工。該橋總跨度 120m，是當時世界上總跨度最長的 UHPC 步行拱橋。預制構件完全采用 UHPC 制作，當UHPC 入模后，在 35℃下養(yǎng)護 48h，再將預制構件移入 90℃蒸汽養(yǎng)護室內養(yǎng)護 48h，養(yǎng)護完成后運至現場拼裝。Sun-Yu 步行拱橋采用的 UHPC 配合比見表 1.2，力學性能見表 1.3[17]。

次將 UHPC 應用于制作預應力梁[23]。2016 年 1 月 9 日，由湖南大學主持研發(fā)的北辰虹橋在湖南長沙竣工，該橋是國內第一座全預制拼裝 UHPC 公路橋。該橋全長 70.8m，共有兩跨，跨長分別為36.8m 和 27.6m。該橋預制主梁和圍護墻使用的 UHPC 抗壓強度達 150MPa，預制箱梁使用的 UHPC 抗壓強度達 100MPa，具體的配合比設計見表 1.7。由于該橋完全使用 UHPC 建造，減小了構件的截面尺寸，結構的自重只有普通鋼筋混凝土結構的 1/4。北辰虹橋的建成對我國推廣 UHPC 在實際工程中的應用具有里程碑的意義[24]。表 1. 7 湖南長沙北辰虹橋配合比設計原材料（kg/m3）水泥硅灰石英砂石英粉減水劑水膠比鋼纖維立方體抗壓強度（MPa）預制梁 755 190 830 280 18.9 0.16 156 168.5預制橋墩 755 190 830 280 18.9 0.20 156 115.2

表面附近的孔隙液為飽和 Ca（OH）2溶液，PH 值保持在 12面形成一層致密的鈍化膜，減少侵蝕性介質對鋼筋的影響，當，鋼筋才會發(fā)生銹蝕。Volpi E 等[29]研究表明：根據混凝土中，可以將鋼筋銹蝕分成三個階段，當 PH＞11.5 時，鋼筋表面，當 9.8＜PH＜11.5 時，鈍化膜有可能遭受破壞，當 PH＜9.始被破壞，鋼筋有較高的銹蝕風險。中鋼筋發(fā)生銹蝕還需要同時滿足以下幾個條件[30][31]：筋表面的陰極和陽極區(qū)域存在電位差，陰極和陽極區(qū)域反應的1~1.4 所示；O2+4e—+2H2O→4OH—Fe→Fe2++2e—Fe2++2OH—→Fe(OH)24Fe(OH)2+2H2O+O2→4Fe(OH)3筋表面的鈍化膜被破壞，鋼筋表面處于活化狀態(tài)；筋表面有足夠的電解質溶液和氧氣存在。

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本文編號：2750939