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原文传递超细粉煤灰高性能公路路面水泥混凝土早期收缩变形及抗裂性能研究

论文题名：	超细粉煤灰高性能公路路面水泥混凝土早期收缩变形及抗裂性能研究
关键词：	超细粉煤灰;高性能公路;水泥混凝土路面;收缩变形;抗裂性能
摘要：	超细粉煤灰(U1tra-fineFlyAsh，简称UFA)因其优良的性能己被广泛应用于土木工程领域，用以配制UFA高性能混凝土，在高层建筑、桥梁、公路、水工、港工等重要的建筑物以及大型的基础设施建设中，已发挥出越来越大的作用。本文以UFA等量取代水泥，配制了用于路面的高性能公路水泥混凝土，并通过系统的试验对UFA高性能公路水泥基材料及所配制的混凝土早期收缩变形和抗裂性能进行了综合研究。其中包括水泥浆体的早期化学收缩变形以及UFA公路混凝土早期的自收缩变形、塑性收缩变形、温度收缩变形以及各龄期的干燥收缩变形等。在收缩变形试验研究的基础上，引入有限元理论分析了UFA高性能公路混凝土早期的收缩应力及温度应力；并尝试研发了UFA-FG减缩抗裂专用掺合料，应用于公路混凝土的配制。另外，还引入模糊数学的理论建立了针对UFA高性能公路混凝土早期抗裂性能的模糊综合评判系统，并应用于实际工程的抗裂性能评价。最后，将UFA应用于现场的路面施工，跟踪观测了UFA高性能公路混凝土的早期及长期抗裂性能，并总结了相关的施工技术要点。以下是本文取得的主要研究成果：1.对UFA粉体作用效应的研究表明，UFA球形颗粒在水泥基材料体系中具有优良的密实填充和减水增强效应，其填充结构相比于纯水泥颗粒更接近于Horsfield最密填充；而减水增强效应使得UFA水泥浆体在获得相同流动度情况下，比基准水泥胶砂减水10～15％，28天强度高于基准胶砂。 2.自行设计并改进了水泥浆体化学收缩测定装置，首次系统测试了UFA水泥浆体的早期化学收缩变形。结果表明，UFA可有效抑制水泥反应体系的化学收缩变形，其收缩随UFA掺量增加而减小。并通过试验与理论计算相结合，探讨了UFA水泥浆体体系的减缩机理和收缩模型，为UFA的减缩效应提供了相应的理论依据。 3.引入电感调频式微位移传感器自行改进设计了自收缩测试装置，测试了UFA高性能公路混凝土试件硬化早期(7天以前)的自收缩。结果表明，UFA可抑制混凝土的自收缩变形；同时通过水泥石结构孔隙水的计算比较了UFA水泥浆体和基准水泥浆体早期的内部自干燥程度。结果表明UFA的掺入降低了水泥石内部的自干燥，从而进一步论证了UFA能抑制混凝土的自收缩变形的论点。 4.对UFA高性能公路混凝土早期塑性收缩变形、温度收缩变形以及干燥收缩变形进行了系统试验研究。结果表明，UFA减小了混凝土早期塑性收缩变形和温度变形，当UFA掺量不大于40％时，UFA掺入可有效抑制干缩，而UFA掺量大于40％时，早期干缩随UFA掺量的增加而增大。在干缩试验基础上研究了自收缩和干缩之间的相互关系，对给定水胶比和变水胶比情况下的干缩与自收缩之间的相互关系进行了比较。最后建立了UFA公路混凝土总收缩预测经验模型，通过收缩试验复演表明预测值与实测值能较好的吻合。 5.引入有限元理论利用Ansys软件计算了UFA公路混凝土面板早期的温度应力和收缩应力，并进行了应力耦合。结果进一步表明UFA掺入增强了混凝土早期的抗裂性能。 6.以UFA为主体材料，氟石膏(FluoroGypsum，简称FG)为改性材料，通过正交试验成功研发了UFA-FG减缩抗裂专用掺合料。利用其收缩补偿效应有效降低了混凝土的早期收缩变形，提高了混凝土的抗裂性能。 7.引入模糊数学理论建立的UFA高性能公路混凝土早期抗裂性能的综合评判系统可有效地对公路混凝土的早期抗裂性能进行综合评判，消除了以往评价系统的“互斥性”，使得评价结果更科学。同时应用于实际路面工程的抗裂性评判，评价结果显示路面的早期抗裂性能为“优”，与实际观测结果相吻合。 8.将UFA成功应用于衡枣高速公路常宁联络线十八标段路面高性能混凝土现场浇注试验路段工程，并总结了UFA应用于路面施工过程中的施工技术要点及质量控制技术。实际的工程应用表明，UFA高性能公路混凝土力学性能满足设计要求，其中冬季施工(0～5℃)混凝土7天抗折强度就满足工程开放交通的要求；混凝土的和易性良好，性能稳定；早期抗裂性优良，肉眼未见裂缝；且长期性能优良。以20～30％UFA等量取代水泥，应用于路面施工工程实际，并获得成功，在国内尚不多见。 9.UFA掺入混凝土中可有效降低混凝土的成本，比普通混凝土路面可节约造价成本12.7％左右；同时利废、节能，可取得巨大的环保效益。
作者：	高英力
专业：	道路与铁道工程
导师：	周士琼
授予学位：	博士
授予学位单位：	中南大学
学位年度：	2005
正文语种：	中文