【摘要】：隨著建筑工程的發(fā)展和進(jìn)步,無機(jī)膠凝材料的使用范圍越來越廣,功能也越來越多,并應(yīng)用于高速鐵路、軍事工程、重大基礎(chǔ)設(shè)施等很多特殊領(lǐng)域和重大工程。在這些特殊工程中的重要部位,要求使用的材料體系具有良好的成型性質(zhì),并且在施工和成型時必須具有周期短、效率高和在短期內(nèi)(成型后的數(shù)小時內(nèi))具有較高的力學(xué)性能等特性。而且由于近年來經(jīng)濟(jì)和科技的發(fā)展要求建筑物和構(gòu)筑物的服務(wù)期越來越長,施工要求越來越苛刻,所承受的荷載和所處的環(huán)境越來越惡劣,甚至還可能會有自然災(zāi)害的威脅,導(dǎo)致無機(jī)膠凝材料的破壞比以往更為嚴(yán)重,耐久性也大大下降。而當(dāng)前正在迅速發(fā)展的技術(shù)又要求無機(jī)膠凝材料具有高工作性、高強(qiáng)性和高耐久性等優(yōu)良性能。根據(jù)目前普通早強(qiáng)材料的發(fā)展形勢和應(yīng)用情況,提出了利用具有良好耐久性的硫鋁酸鹽水泥開發(fā)高流態(tài)超早強(qiáng)型無機(jī)固化材料(High Flowability and Ultra-high-early Strength Solidification Materials,簡稱HUSM)的研究思路。 本文依托國家“973計劃”子課題(2009CB623201-1)和國家自然科學(xué)基金課題(51178363),旨在利用硫鋁酸鹽水泥的快硬、早強(qiáng)、高強(qiáng)和良好耐久性等性能優(yōu)勢,以硫鋁酸鹽水泥為主體膠凝材料,全面考慮流動性能、力學(xué)性能、耐久性能和微觀性能,研究流變組分、緩釋組分、增強(qiáng)組分和改性組分對HUSM相關(guān)性能的影響,探討高流態(tài)硫鋁酸鹽水泥基材料的超早強(qiáng)固化機(jī)理,為特殊膠凝材料體系的應(yīng)用拓展領(lǐng)域,為硫鋁酸鹽水泥基超早強(qiáng)材料的研究和應(yīng)用提供理論指導(dǎo)和應(yīng)用參考。 本文的主要工作及所取得的成果如下： 1、HUSM高流態(tài)體系設(shè)計與流變模型 高流態(tài)是指材料具有高流動性,不需振搗依靠自重即可充滿復(fù)雜或者不規(guī)則模型,具有良好的施工性和充填性,而且骨料不離析,硬化后具有良好的力學(xué)性能和耐久性能。根據(jù)高流態(tài)材料的要求,本文基于流變理論應(yīng)用了一個可以更真實描述砂漿流變行為的模型。在本模型中,砂漿的剪切應(yīng)力由骨料顆粒間的碰撞機(jī)械力、骨料顆粒流動的機(jī)械力和間接的應(yīng)力傳遞機(jī)制組成,不規(guī)則形狀的骨料顆粒模擬為剛性的球狀顆粒,均勻分散和懸浮于具有高流動性和粘性的水泥漿體中,則砂漿中的全部剪切應(yīng)力TM為水泥漿體的屈服應(yīng)力τ0、水泥漿體的流動剪切應(yīng)力TP、水泥漿體和骨料間的相互作用力τFA-P和骨料移動產(chǎn)生的屈服應(yīng)力τFA之和,即：τM-τ0+τP+τFA-P+τFA。 根據(jù)流變模型,研究了漿體粘度、骨料顆粒和骨料體積含量對砂漿剪切應(yīng)力的影響。通過測試流動度、流變曲線和觸變性等研究了三聚氰胺(MSF)、聚羧酸系(PCS)和改性聚羧酸系(PCS+C)三種超塑化組分對砂漿流變行為的影響。分析了硫鋁酸鹽水泥凝結(jié)快的原因,研制了專用緩釋劑BM以合理調(diào)控HUSM的可操作時間。結(jié)果表明：砂漿的屈服應(yīng)力和粘度隨著水泥漿體屈服應(yīng)力和粘度的增加而提高,隨著骨料體積分?jǐn)?shù)從10%增加到40%,砂漿的流動性呈非線性增加的趨勢。對于一個給定的骨料體積分?jǐn)?shù),骨料顆粒大的砂漿比顆粒小的砂漿的非線性趨勢表現(xiàn)得更為明顯。含有骨料顆粒粒徑小的砂漿表現(xiàn)出較高的屈服應(yīng)力和粘度。利用PCS+C超塑化劑和緩凝劑BM可以有效調(diào)控硫鋁酸鹽水泥的初始和30min的流動性以及凝結(jié)時間。 2.HUSM超早強(qiáng)設(shè)計與實現(xiàn) 利用超細(xì)CaCO3粉和硅灰的超細(xì)改性效應(yīng),使膠凝材料具有良好的級配,從微觀尺度上增加了體系的密實度,調(diào)整了硫鋁酸鹽水泥水化產(chǎn)物鈣礬石(AFt)的結(jié)晶結(jié)構(gòu),強(qiáng)化了水泥基材,使界面區(qū)結(jié)構(gòu)加強(qiáng),從而提高了AFt的結(jié)晶穩(wěn)定性。在用緩凝劑BM調(diào)控的基礎(chǔ)上,引入超細(xì)摻合料提高了水化熱,促進(jìn)了水化產(chǎn)物的結(jié)晶和生成,另外通過超細(xì)摻合料的微集料填充效應(yīng),降低了結(jié)構(gòu)內(nèi)部的孔隙率,從而提高了系統(tǒng)強(qiáng)度。 根據(jù)設(shè)定的項目目標(biāo),篩選出了Ca(NO2)2和Ca(HCOO)2兩種對強(qiáng)度有益的組分,研究其對硫鋁酸鹽水泥基材料水化性能的影響,以分析兩種增強(qiáng)組分對強(qiáng)度的影響規(guī)律。Ca(NO2)2和Ca(HCOO)2促進(jìn)了硫鋁酸鹽水泥的凝結(jié),縮短了初凝和終凝的時間間隔,為硫鋁酸鹽水泥基HUSM由高流態(tài)向結(jié)構(gòu)強(qiáng)度形成的快速轉(zhuǎn)化提供了有利條件。Ca(NO2)2和Ca(HCOO)2顯著促進(jìn)了硫鋁酸鹽水泥的水化反應(yīng),大幅度提高了水化放熱量,顯著增加了各個齡期水化產(chǎn)物AFt的生成量和結(jié)晶度。引入Ca(NO2)2和Ca(HCOO)2使超塑化劑PCS+C和緩凝劑BM調(diào)控的具有高流動性的硫鋁酸鹽水泥基材料由2h時無強(qiáng)度提高到2h強(qiáng)度達(dá)到20MPa以上,在超細(xì)摻合料的綜合作用下,保持強(qiáng)度穩(wěn)定發(fā)展,后期強(qiáng)度不倒縮,28d強(qiáng)度可達(dá)70MPa以上。 3.HUSM改性與耐久性研究 在硫鋁酸鹽水泥基HUSM高流態(tài)和超早強(qiáng)實現(xiàn)的基礎(chǔ)上,引入抗裂劑AA和復(fù)合改性劑CM,優(yōu)化了HUSM的配合比,并測試了HUSM的各項性能。結(jié)果表明：優(yōu)化后的HUSM在5℃、10℃和-5℃條件下2h強(qiáng)度均可達(dá)到25MPa以上,而且穩(wěn)定發(fā)展,28d強(qiáng)度可達(dá)75MPa以上。具有良好的體積穩(wěn)定性,線性膨脹率有效的控制在0.01-0.2mm/m范圍內(nèi),在水化放熱速率最快的72h內(nèi)不出現(xiàn)任何微裂縫和裂紋。通過測試在不同硫酸根離子濃度的溶液中的抗蝕系數(shù),確定了HUSM具有良好的抗硫酸鹽侵蝕性能；通過“快凍法”測試了HUSM經(jīng)過200次凍融循環(huán)的質(zhì)量變化和動彈性模量損失,得出改性后HUSM的抗凍等級達(dá)到F200；電通量和孔隙率的測試結(jié)果表明HUSM具有良好的抗氯離子滲透性能,從而表明改性后的HUSM具有優(yōu)良的耐久性。 4、HUSM工業(yè)化生產(chǎn)及在高速鐵路工程中的應(yīng)用 根據(jù)HUSM固化機(jī)理的理論研究和配合比確定的基礎(chǔ)上,進(jìn)行了HUSM工業(yè)化生產(chǎn),建立了HUSM工業(yè)生產(chǎn)線,并且將HUSM成功應(yīng)用于高速鐵路的橋梁鋪架工程中。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：武漢理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號】：TU528

【參考文獻(xiàn)】

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1 蔡躍,魯彩鳳,孫澤世;修復(fù)材料的物理力學(xué)性能研究現(xiàn)狀[J];四川建筑科學(xué)研究;1999年03期

2 劉猛;李百戰(zhàn);姚潤明;;水泥生產(chǎn)能源消耗內(nèi)含碳排放量分析[J];重慶大學(xué)學(xué)報;2011年03期

3 萬正安,戴煒;GS型道路混凝土快速修補(bǔ)劑的研究與應(yīng)用[J];湖南交通科技;2002年03期

4 姜魯華,杜芳林,張志q,崔作林;納米碳酸鈣的制備及應(yīng)用進(jìn)展[J];中國粉體技術(shù);2002年01期

5 張重祿,肖秋明;水泥混凝土路面快速修復(fù)技術(shù)展望[J];國外公路;2000年01期

6 徐永模,黃大能,謝堯生;新拌水泥漿體結(jié)構(gòu)及其觸變特性的探討[J];硅酸鹽學(xué)報;1989年02期

7 楊克銳,張彩文,郭永輝,劉志剛;延緩硫鋁酸鹽水泥凝結(jié)的研究[J];硅酸鹽學(xué)報;2002年02期

8 陳立軍,王永平,尹新生,張丹;混凝土孔徑尺寸對其抗?jié)B性的影響[J];硅酸鹽學(xué)報;2005年04期

9 趙若鵬,吳佩剛,郭自力,劉元鶴,田運濤;摻粉煤灰的80MPa高強(qiáng)度大流動性混凝土研究[J];工業(yè)建筑;2002年06期

10 馬保國;朱艷超;胡迪;李海南;;甲酸鈣對硫鋁酸鹽水泥早期水化過程的影響[J];功能材料;2013年12期

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本文編號：2354348