矿物掺合料对高性能混凝土徐变性能的影响及机理

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1、摘要作为矿物掺合料的磨细矿渣和粉煤灰，在混凝土材料中的应用除了减少能源与资源消耗、降低生产成本、减轻粉煤灰、矿渣排放对环境带来的负荷外，还能够改善和调节混凝土材料从制备到使用过程中的各项物理、力学性能，尤其能够显著改善混凝土材料的耐久性能。因此，磨细矿渣和粉煤灰在混凝土材科中得到了广泛应用，几乎成为了混凝土高性能化与绿色化过程中不可或缺的矿物组分。作为一种长期的变形性能，徐变对混凝土结构、钢筋混凝土结构，尤其是预应力钢筋混凝土结构产生重大的影响，一直受到国内外研究者和工程界的高度重视和密切关注。矿物

2、掺合料对高性能混凝土徐变性能的影响，尤其是在较大掺量的情况下研究较少，并且很不系统，矿物掺合料对高性能混凝土徐变的影响机理尚未见报道。由于缺乏这方面有针对性的深层次的理论研究，势必阻碍磨细矿渣和粉煤灰高性能混凝土在重大桥梁工程、大跨空间结构及核电站等预应力钢筋混凝土结构中的有效应用，因此，研究矿物掺合料对高性能混凝土徐变性能的影响具有重要的理论价值和实践意义。基于此，本文研究了磨细矿渣和粉煤灰在不同掺量情况下对混凝土徐变性能的影响规律；通过分析磨细矿渣和粉煤灰对混凝土材料组成、结构的影响，分析了其对

3、徐变性能的影响机理；在机理分析的基础上，通过进一步的实验研究，建立了适合于粉煤灰高性能混凝土的徐变数学模型。矿物掺合料对高性能混凝土徐变性能的影响规律测试了9组配合比混凝土的压缩徐变性能，其中基准混凝土的水泥用量为460Kg／m3，水灰比0．35，砂率38％。在此基础上，固定砂率与水胶比，粉煤灰按12％(低)、300(中)和50％(高)的质量分数，矿渣按30％(低)、50％(中)和80％(高)的质量分数等量取代水泥。双掺时按照“磨细矿渣35％+粉煤灰15％”和“磨细矿渣15％+粉煤灰35％”两情况考

4、虑。徐变试验参数为：试件尺寸100minx100minX300nan，试件采用标准养护(温度20±2℃，相对湿度RH≥95％)，试件加载时的养护龄期为28d，徐变实验室温度为20士l℃，相对湿度为60±5％，徐变实验时有密封和不密封两种条件，加载应力水平为0．33。试验结果表明：磨细矿渣和粉煤灰对高性能混凝土总徐变和基本徐变的影响规律基本一致。单掺磨细矿渣，掺量为30％和50％时。其对混凝土徐变性能的影响不大，掺量为80％时，混凝土的徐变度大大增加，其1年的总徐变度和基本徐变度分别达到了基准混凝土的

5、1．74倍和1．76倍。单掺粉煤灰，掺量为12％和30％时，混凝土抵抗徐变的能力得到大幅度改善，其1年的总徐变度分别为基准混凝土的76％和46．5％，1年的基本徐变度分别为基准混凝土的82．3％和53．2％：耪煤灰掺量为50％时，混凝土抵抗徐变的能力没有改善，混凝土的总徐变度和基本徐变度分别为基准混凝土的102％和119．2％。磨细矿渣与粉煤灰总取代率为500，以7：3或3：7复合，高性能混凝土的总徐变度均小于单掺磨细矿渣或单掺粉煤灰的情况，存在双掺优势，但对于基本徐变，比单掺粉煤灰的小，与单掺磨细

6、矿渣的接近，双掺优势不明显。矿物掺合料品种和掺量对高性能混凝土的徐变特性影响很大，总体上磨细矿渣对抑制混凝土的徐变无明显效果或有负面效应，粉煤灰能显著抑制高性能混凝土徐变，无论是磨细矿渣还是粉煤灰在高掺量时对抑制混凝土的徐变性能均不利。对于这9个实验配合比，矿物掺合料均能使混凝土的干燥收缩减小，但却并不能够在各种情况东南大学博士学位论文下使总徐变度均减小；矿物掺合料使混凝土的密封收缩增大，但其在多数情况下使基本徐变降低。因此，无法单独应用收缩与徐变相关的观点来解释矿物掺合料对混凝土徐变性能的影响。同

7、样，掺有矿物掺合料的混凝土也未体现出强度越高徐变越小的一致性规律，因此也不能单独应用强度影响徐变的理论来解释矿物掺合料影响混凝土徐变的机理。矿物掺合料对高性能混凝土徐鸾性能的影响机理矿物掺合料加入后，混凝土的徐变规律变得比较复杂，无法应用传统的徐变理论解释其徐变规律。因此，本文从材料的性能取决于材料的组成与结构这一原理出发，深入探讨了加入矿物掺合科后混凝土材料在组成与结构方面的演变规律，并建立其与徐变性能间的关系，分析了矿物掺合料影响高性能混凝土徐变的机理。矿物掺合料取代水泥后，混凝土的的化学组成和

8、微观结构均发生变化，具体体现在水化产物数量、微集科的构成、基体微观结构和界面结构的变化，这些影响因素交织在一起影响着混凝土徐变性能的改变。为研究微集料的物理性质，本文应用纳米压痕Nano-indentation技术测试了水泥、磨细矿渣和粉煤灰颗粒的弹性模量，其区闻依次分别为：【8．0GPa，33．6GPa]，[5+7GPa，25．4GPa]和[17．9GPa，55．3GPa]，其样本均值依次分别为17．4，12．8和34．3GPa，为分析微集料效应奠定了基础。为了分析