水泥混凝土道面結(jié)構(gòu)收縮補償與裂縫修復研究.pdf

1、水泥混凝土道面裂縫的形成和發(fā)展演化非常復雜,其對結(jié)構(gòu)的使用性、安全性和耐久性影響重大,實現(xiàn)裂縫控制和修復更是一個系統(tǒng)性的工程難題?；谒嗷炷敛牧纤?、凝結(jié)和硬化過程中的固有特性,采用全周期膨脹補償收縮理論,以廢棄的工業(yè)尾礦為原料,制備具有早、中期和后期穩(wěn)定膨脹的高性能復合膨脹材料,系統(tǒng)研究組成、結(jié)構(gòu)和性能間的相互關系,揭示其水化動力學特征和膨脹機理,提高水泥混凝土道面的主動抗裂能力;同時,針對水泥混凝土道面服役過程中的微細裂縫,為實

2、現(xiàn)快速可靠的修復以阻礙有害介質(zhì)的侵入,研制了丙烯酸類和環(huán)氧樹脂共聚的高性能修補材料,闡明其性能特征和修復機理,提高水泥混凝土道面的防裂能力。論文研究有利于控制裂縫的產(chǎn)生和發(fā)展,抑制和降低道面結(jié)構(gòu)性能的劣化,對提高水泥混凝土道面結(jié)構(gòu)的耐久性和服役壽命具有重要的理論和工程應用價值。
　　(1)鑒于傳統(tǒng)膨脹劑的性能缺點,通過對白云石和菱鎂石工業(yè)尾礦的優(yōu)化配伍及煅燒制度設計,研究了不同組份、煅燒溫度和保溫時間等因素對高性能復合膨脹材料結(jié)構(gòu)

3、與性能的影響特征,確定了適宜的制備技術,研制了不同組份和性能的膨脹材料;分析了摻不同類型和用量膨脹材料水泥漿體凝結(jié)時間、標準稠度需水量和強度的變化規(guī)律,結(jié)果表明標準稠度用水量和凝結(jié)時間稍有增加,水泥漿體抗折強度提高6％~15%,而抗壓強度略有增長;研究了水泥砂漿在不同齡期的自由變形、干縮變形和限制變形的變化特征,結(jié)果表明復合膨脹材料具有早、中和后期補償收縮功能、且膨脹速率和總量可控,較高養(yǎng)護溫度與濕度以及適宜煅燒制度有利于膨脹效應的發(fā)揮

4、,在高溫環(huán)境中的限制收縮可達到常溫中的數(shù)倍。
　　(2)研究了壓蒸制度對膨脹混凝土膨脹率的影響特征,分析了壓蒸前后混凝土抗壓和抗折強度的變化規(guī)律;研究了膨脹材料種類、用量和養(yǎng)護溫度等對混凝土自由變形、限制變形及自生變形在不同齡期的發(fā)展速率,用數(shù)值方法擬合了膨脹率的時變函數(shù);計算了高性能復合膨脹材料的膨脹指數(shù),分析了其隨膨脹材料摻量和養(yǎng)護溫度的變化特征;對膨脹混凝土在不同限制膨脹率和約束狀態(tài)下內(nèi)部應力場的分布特征進行了仿真分析,為其

5、科學應用提供了依據(jù)。
　　(3)分析了補償收縮混凝土的基本理論以及膨脹和收縮兩個階段的形變關系,研究了復合膨脹材料品種以及不同水化時期的形貌、晶粒生長以及孔結(jié)構(gòu)特征;試驗研究了膨脹材料煅燒溫度、保溫時間和顆粒細度對水化活性的影響,分析了水化溫度和溶液pH值對膨脹材料中MgO水化程度的影響特征,基于水化動力學方程計算了膨脹材料的水化反應速率常數(shù)和表觀活化能;通過對膨脹材料水化動力學演變過程的分析,建立了膨脹材料中MgO水化成Mg(O

6、H)2以及CaO水化成Ca(OH)2膨脹模型。
　　(4)以水泥混凝土道面的微細裂縫為重點修復對象,以修補材料的初始粘度為控制點,優(yōu)選甲基丙烯酸甲酯和環(huán)氧樹脂為主要反應單體,進行了本體聚合的合成制度設計及試驗研究,確定了高性能修補材料的合理制備技術;采用正交試驗分析了修補材料組分和反應時間對初始粘度的影響規(guī)律,分析確立了初始粘度的時變特征及其與修補材料可灌性和收縮率的量化關系;研究了反應組分對高性能修補材料粘結(jié)強度、拉伸強度和斷裂

7、伸長率的影響規(guī)律,確定了高性能修補材料基體(RM)的最佳配比;采用有機硅與無機礦粉的復合進行改性,研究了高性能修補材料的力學、變形和熱穩(wěn)定性能,制備了有機優(yōu)化(OMM)和復合優(yōu)化(CMM)的高性能修補材料,綜合性能顯著提高,超過國家相關標準的要求。
　　(5)試驗研究了RM、OMM和CMM型高性能修補材料對水泥砂漿粘結(jié)能效的時變規(guī)律,分析了在鹽溶液和快速凍融作用下粘結(jié)性能的變化,結(jié)果表明修復后砂漿的抗折斷裂面未發(fā)生在修補處,7h粘

8、結(jié)強度與砂漿基體相當;通過在混凝土試件中預制裂縫,對比研究了幾種修復材料對混凝土修復能效,分析了斷面破壞形式和界面粘結(jié)特征;利用有限元方法計算了混凝土裂縫不同修補狀態(tài)下應力強度因子的變化規(guī)律,采用SEM和FT-IR測試分析了高性能修補材料斷裂面的微細觀形貌和結(jié)構(gòu)中的特征官能團;基于高分子化學理論,闡釋了環(huán)氧樹脂與甲基丙烯酸甲酯、以及有機硅改性劑和無機礦粉改性的聚合反應原理,揭示了高性能修補材料力學和變形性能與其微觀結(jié)構(gòu)的關聯(lián)性,并從物理