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青藏高原地区建筑混凝土碱集料反应的研究

时间:2018-11-16 00:14来源:硕士论文作者:lgg 点击:
本文是一篇建筑论文,传统的建筑学的研究对象包括建筑物、建筑群以及室内家具的设计,风景园林和城市村镇的规划设计。随着建筑事业的发展,园林学和城市规划逐步从建筑学中分化出来,
本文是一篇建筑论文,传统的建筑学的研究对象包括建筑物、建筑群以及室内家具的设计,风景园林和城市村镇的规划设计。随着建筑事业的发展,园林学和城市规划逐步从建筑学中分化出来,成为相对独立的学科。(以上内容来自百度百科)今天为大家推荐一篇建筑论文,供大家参考。
 
第 1 章 绪论
 
1.1 研究的背景
西宁市轨道交通作为建国以来青海省投资最大的工程,已纳入政府投资计划,已于“十二五”后期启动,一期工程(1 号线)的总投资将超过 100 亿元,其中仅 1 号线东区段 7km 工程投资就达 25 亿元。目前,西宁火车站综合改造工程已接近尾声,西宁轨道交通正在规划建设中。随着青藏铁路、兰新高铁、西宁轨道交通项目等工程的建设,西宁周边的优质砂石资源已经枯竭,西宁及其周边地区的砂石大量存在具有潜在危害的活性集料,而碱集料反应基本上在任何环境里都会发生,因此在西宁许多新建工程无法杜绝使用碱活性集料的情形下,如何防治碱硅酸反应(ASR)破坏,将成为混凝土工程中我们必须解决的一个关键技术问题。
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1.2 国内外研究现状以及发展趋势
混凝土碱集料反应一直是国内外学者研究的一个难点问题,从一开始提出碱集料反应到现在已研究几十年,研究的内容主要在于抑制反应的膨胀措施,以及微观分析机理和鉴定碱集料反应的各类评价方法。
 
1.2.1 碱集料反应研究
动态碱集料反应(AAR)是指混凝土中的碱金属离子与活性集料发生的膨胀反应,它能够导致混凝土体积膨胀、使其强度和弹性模量降低,严重地影响混凝土使用寿命[1-4]。按照反应的类型通常把碱集料反应分为碱硅酸反应(ASR)和碱碳酸盐反应(ACR)。其中大部分工程案例以碱硅酸反应破坏为主,所以人们习惯称它为碱硅酸反应和碱集料反应。由于反应的特点是比较缓慢,甚至长达几十年,短期在实际工程中不容易被发现。一旦发生反应,裂缝不容易修复,因此被称为混凝土的“癌症”,仅次于钢筋锈蚀破坏[5-6]。自 1940 年美国发现首例碱硅酸反应破坏案例以来[7],各地出现大量的工程破坏案例,主要包括公路桥梁、大坝和港口、以及民用建筑。困扰美国工程和学术界的问题是:美国研究了七八十年,投入了大量的经费,到 2000 年一直有大项目的资助,但是在 2005 年新建工程还出现碱集料反应的开裂破坏,除了一些客观原因之外,近年来当地优质砂石资源枯竭和水泥碱含量的大幅度提高以及各个州碱集料反应标准混乱也有关系。美国的 ACI 和 ASTM 两个组织,都想建立自己的标准,各行其是,今年两家终于融合建立统一的美国标准。近年来,美国围绕 AAR 破坏的机理,在快速检测的评价方法和规范的制定以及现场工程师的教育和培训等方面开展了许多研究工作。而巴西这个国家,以前国内只报道过大坝和桥梁遭受过碱集料反应破坏的案例,但在 2005 年以来,在一些地区新发现大量建筑物基础因 AAR 而开裂[8]。一些裂缝宽度达 25mm,甚至可以把手插进去。当地部门之前没有专门研究过AAR,据当地巴西人员介绍,该问题涉及到官司的赔偿和居民安抚,所以该地区形成了一种社会问题,所有人都在研究 AAR。而 2016 年国际混凝土碱集料反应也在巴西召开,第一次将 AAR、DEF(延迟性钙矾石)耦合机制列入会议的主题,因为在巴西发生过这个案例。当然巴西迅速采取跟随美国等国家的标准以及根据本国的研究经验,制定了满足工程要求的标准。
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第 2 章 工程典型案例与集料的调研
 
本文前期对已建工程和西宁周边地区砂石集料的碱活性进行大量的调查和分析,以西宁城市轨道交通沿线的集料为主要对象,通过鉴定其碱活性,为西宁轨道交通工程选择合适的集料。
 
2.1 工程典型案例
通过对西宁地区桥梁的调研,分析多数桥梁是因为碱集料反应诱发导致的裂缝现象。由于对当地混凝土耐久性认识不深刻,导致建设完不久大多数桥梁出现裂缝。下图 2.1 至 2.8 为调研过程中桥梁的一些破坏案例图。由于青藏高原地区气候干旱、紫外线辐射强、昼夜温差大等特点。高原半干旱寒冷气候必将导致桥梁混凝土结构表面的严重龟裂,因对高原混凝土结构耐久性认识不足,导致许多桥梁发生 AAR 膨胀。我们可以知道,混凝土结构的表面龟裂裂纹在混凝土发生 ASR 作用时,将成为 ASR 膨胀裂纹的起裂源,继续扩展、变宽加深、甚至失稳,表面裂纹演变成深层裂纹,最终演变成贯穿性裂纹,危及结构的安全、甚至失稳破坏。
.......
 
2.2 岩相方法鉴定
岩相法是通过肉眼观察和偏光显微镜鉴定集料的岩石种类和组分含量的一种方法,根据矿物的化学成分和活性来源,经岩相分析砂石集料主要含有隐晶质石英、应变石英等碱活性矿物。鉴定结果含有碱活性矿物成分,可以判定该集料具有活性[44]。西宁周边地区砂石集料中大部分为活性石英,通过快速砂浆棒方法测得 14d 膨胀值均大于 0.1%,结合两者方法综合分析可知西宁地区砂石碱活性普遍超标,属于不合格砂石。如下图 2.9 至 2.11 所示为岩相方法鉴定的结果。
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第 3 章 原材料的选择和试验方法.............20
3.1 试验用原材料 .........20
3.2 碱集料反应的评定方法 .....23
3.3 试验方法 .....23
第 4 章 单掺矿物掺合料抑制集料碱硅酸反应的试验研究.........26
4.1 基准试件的膨胀率和配合比设计 .............26
4.2 单掺粉煤灰对集料碱硅酸反应的试验 .....28
4.3 单掺硅粉对集料碱硅酸反应的试验 .........35
4.4 小结 .............46
第 5 章 双掺矿物掺合料抑制集料碱硅酸反应的试验研究..............48
5.1 粉煤灰、硅粉双掺掺合料试验结果与分析 .........48
5.2 双掺与单掺两种矿物掺合料抑制集料碱硅酸反应的效果对比 .............53
5.3 小结 .............55
 
第 6 章 矿物掺合料抑制集料碱硅反应的微观分析研究
 
6.1 SEM分析
6.1.1 试验方法与原理
本文试验采用由日本电子公司生产的 JSM-6610 型扫描电子显微镜,放大倍数可达到 2 万倍。它主要用于金属、矿物、半导体、化工等固态材料和生物材料的高分辨微观形貌观察,断口分析。试验过程中对集料进行破碎取样,制成薄片,再在试样机进行处理,用扫描电子显微镜观察反应界面以及水泥砂浆和集料的微观形貌,再用能谱分析测得元素的变化含量。实验过程如下图 6.1 到图 6.4。用扫描电镜对纯水泥砂浆和掺有矿物掺合料的试件进行观察,由图 6.5 和6.6 可知,当采用纯水泥砂浆作为胶凝材料时,集料被严重侵蚀,边缘以及内部均生成大量凝胶,产生裂纹,在集料和浆体之间有明显的裂缝,水泥水化产物更完全,表明集料发生 ASR 反应。掺加混合材的集料周围浆体还存在粉煤灰颗粒,集料完好,未发生侵蚀和开裂破坏,也没有 ASR 凝胶产物,结构更加致密,生成低 CaO/SiO2的 C-S-H 凝胶,没有明显的裂缝,表明集料未发生 ASR 反应。可以证实矿物掺合料对碱硅反应有很好的抑制效果,也是矿物掺合料抑制 ASR 膨胀的机理所在。
.........
 
结论
 
本文主要研究矿物掺合料对青藏高原地区集料碱硅反应的抑制作用,前期通过室外对青藏高原地区的集料调研取样和鉴定,并通过快速砂浆棒筛选膨胀集料,后期选择粉煤灰和硅粉矿物掺合料对于发生碱集料反应的活性砂石集料进行抑制作用和微观机理的研究。通过试验和分析得到如下结论:
(1)对于城北石、大通石两种碱活性较低的集料,选择掺量 10%、15%、20%硅粉时,其 14d 膨胀值均小于 0.1%,均能有效抑制碱集料反应的膨胀;对于城北砂碱活性较高的集料,选择掺量 20%硅粉时,其 14d 膨胀值小于 0.1%,可以有效抑制碱集料反应的膨胀。
(2)大通石、城北石、城北砂三种不同的活性集料在掺量 20%硅粉时 28d和 56d 的砂浆膨胀抑制率逐渐较低。活性集料的活性越高,硅粉抑制砂浆的膨胀抑制率越低。
(3)对于多巴砂、城南砂、多巴石三种碱活性较低的集料,选择掺量 10%、20%、30%粉煤灰时,其 14d 膨胀值均小于 0.1%,均能降低碱集料反应的膨胀;对于互助砂碱活性较高的集料,选择掺量 30%粉煤灰时,其 14d 膨胀值降低值达到 96%,可以有效抑制碱集料反应的膨胀。
(4)对于四种活性集料单掺掺量 10%的情况下,单掺 10%硅灰抑制效果优于单掺 10%粉煤灰。
(5)对于互助砂和多巴砂石活性集料,复合掺量 40%(10%硅灰+30%粉煤灰)情况下,复掺比单掺 10%硅灰的情况下早期抑制效果好。复掺比单掺 30%粉煤灰的情况下早期抑制效果差。
(6)对于城南砂活性集料,复合掺量 40%(10%硅灰+30%粉煤灰)情况下,复掺比单掺 10%硅灰的情况下早期抑制效果差,后期抑制效果好。复掺比单掺30%粉煤灰的情况下抑制效果差。
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参考文献(略)
(责任编辑:gufeng)
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