減縮抗裂混凝土配合比優(yōu)化設(shè)計理論和方法研究.pdf

1、結(jié)構(gòu)混凝土的非荷載裂縫嚴重影響建筑物的耐久性和使用功能，缺乏切實可行的材料控制措施是目前裂縫控制的最大瓶頸?；炷恋氖湛s變形是結(jié)構(gòu)混凝土非荷載裂縫產(chǎn)生的主要原因之一，本文以混凝土收縮控制為切入點，分別從膠結(jié)漿體組成和骨料組成優(yōu)化兩方面進行減縮抗裂混凝土配合比優(yōu)化設(shè)計理論和方法研究。通過機理分析，本文提出了減縮抗裂混凝土配合比優(yōu)化設(shè)計新理論，由膠結(jié)漿體組成優(yōu)化設(shè)計理論、骨料組成優(yōu)化設(shè)計理論兩部分組成：■膠結(jié)漿體組成優(yōu)化設(shè)計理

2、論膠結(jié)漿體組成對混凝土收縮的影響是水化相微觀結(jié)構(gòu)演變的結(jié)果，一定環(huán)境條件下，存在最佳的膠結(jié)漿體初始組成，使水化相狀態(tài)隨時間的演變最有利于提高混凝土的減縮抗裂性能?！龉橇辖M成優(yōu)化設(shè)計理論骨料組成對混凝土收縮的影響是稀釋效應(yīng)、濕擴散行程曲折效應(yīng)和界面過渡區(qū)效應(yīng)三方面綜合作用的結(jié)果。膠結(jié)漿體組成和體積含量不變時，一定范圍內(nèi)，骨料粒徑的變化(最大粒徑、砂率)對混凝土的收縮并不會產(chǎn)生顯著影響；而骨料體積含量增大到一定程度后，混凝土

3、獲得的減縮效果也將不再顯著。減縮抗裂混凝土配合比優(yōu)化設(shè)計理論實際應(yīng)用時，體現(xiàn)為三個關(guān)鍵參數(shù)的定量控制：■最佳水灰比(水膠比)區(qū)間一定環(huán)境下，膠凝材料組成確定時，存在最佳水灰比(水膠比)區(qū)間，使混凝土具有最佳減縮抗裂性能?！龅V物摻合料最佳替代摻量區(qū)間一定環(huán)境下，一定水膠比范圍內(nèi)，礦物摻合料種類確定時，存在最佳礦物摻合料替代摻量，使混凝土具有最佳抗裂性能。■骨料臨界體積含量一定環(huán)境下，一定范圍內(nèi)，混凝土骨料體積含量存在臨

4、界值，超過臨界值，增大骨料體積含量獲得的減縮效果將不再顯著。依據(jù)優(yōu)化設(shè)計理論，以傳統(tǒng)混凝土配合比設(shè)計方法為基礎(chǔ)，本文引入三個關(guān)鍵參數(shù)為減縮抗裂性能設(shè)計指標，以強度、坍落度、耐久性、減縮抗裂性能整體優(yōu)化為目標，建立了膠結(jié)漿體組成、骨料組成分步優(yōu)化的減縮抗裂混凝土配合比優(yōu)化設(shè)計新方法：■膠結(jié)漿體組成優(yōu)化設(shè)計根據(jù)混凝土設(shè)計強度，采用鮑羅米公式計算水灰比(水膠比)，以耐久性指標、最佳水灰比(水膠比)區(qū)間、礦物摻合料最佳替代摻量區(qū)

5、間為約束條件，以改變水泥標號和摻合料摻量為調(diào)整手段，確定膠結(jié)漿體的優(yōu)化組成。■骨料組成優(yōu)化設(shè)計以粗骨料空隙的砂漿填充系數(shù)、細骨料空隙的膠結(jié)漿體填充系數(shù)為坍落度保證條件，以骨料臨界體積含量為約束條件，采用絕對體積法計算粗骨料的堆積空隙率要求，通過骨料級配設(shè)計確定骨料的優(yōu)化組成。通過混凝土收縮實驗，結(jié)合膠結(jié)漿體圓環(huán)抗裂實驗，針對實際工程環(huán)境下常用強度等級的混凝土，本文確定了三個關(guān)鍵參數(shù)的量化控制區(qū)間：■ 最佳水灰比(水膠比

6、)區(qū)間單獨采用硅酸鹽水泥0.50～0.60單獨采用粉煤灰替代部分水泥0.40～0.50粉煤灰和礦渣復摻0.45～0.55■ 礦物摻合料最佳替代摻量區(qū)間一級粉煤灰：20％～30％；二級粉煤灰：15%～25％；礦渣微粉： ＜30％■骨料臨界體積含量臨界骨料體積含量 68％通過骨料堆積的定量體視學研究，本文確立了上海周邊地區(qū)粗骨料堆積空隙率與定量體視學參數(shù)的定量關(guān)系，建立了粗骨料級配設(shè)計的定量體視學方法：■單粒級骨料

7、的空隙率與體視學參數(shù)球形率和圓度之間存在良好的相關(guān)性。空隙率定量體視學預測式為：空隙率=433.6-332.4×圓度-482.0×球形率+56.67×圓度2+303×圓度×球形率■粒級大于4.75mm的骨料，不同粒級骨料之間的相互作用以“干涉效應(yīng)”為主，空隙率定量體視學預測式為：空隙率=-40.44+68.304 ×球形率■ 含有4.75mm粒級的骨料，必須同時考慮“填充效應(yīng)”對堆積空隙率的影響，空隙率定量體視學預測式為

8、：空隙率=199.1039-154.3373×填充度-20.2031×球形率運用建立的減縮抗裂混凝土配合比優(yōu)化設(shè)計方法，本文以混凝土減縮抗裂優(yōu)化設(shè)計作為材料控制措施，分別與常規(guī)構(gòu)造、施工以及養(yǎng)護劑養(yǎng)護、纖維增強等其它裂縫控制措施組合，進行了累計面積近20萬m2的三項試點工程試驗，結(jié)果表明：■采用減縮抗裂混凝土配合比優(yōu)化設(shè)計方法，可以實現(xiàn)混凝土減縮抗裂性能三個關(guān)鍵參數(shù)的有效控制，獲得優(yōu)化的混凝土配比方案?！鼋Y(jié)合目前常用的構(gòu)