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钢管混凝土(Steel Tube-Confined Concrete,STCC)结构具有承载力高、自重轻、朔性好、耐疲劳、抗震性能好,并能充分发挥钢材和混凝土两种材料的力学性能等优点,因而在现代高层建筑和大跨径拱桥中得到了广泛的应用。在钢管高强膨胀混凝土中,由于掺入的膨胀剂因缺水而难以有效发挥膨胀效用及核心混凝土收缩和徐变等因素的影响,钢管对核心混凝土的套箍作用下降,从而导致钢管混凝土构件承载力降低。本文提出以硫铝酸盐水泥作核心混凝土的胶凝材料,充分利用其早强和微膨胀特性,改善核心混凝土膨胀性能,解决钢管混凝土因核心混凝土收缩和徐变而引起的性能下降问题。
本文围绕围绕早强膨胀稳定钢管混凝土开展了大量的实验和系统的研究工作,主要的工作及取得的成果为:
(1)提出硫铝酸盐水泥制备早强膨胀稳定钢管混凝土的性能优化设计原则和方法,通过控制水泥中Al<,2>O<,3>/SO<,3>值以保证水泥石的强度与膨胀相匹配,实现混凝土早强与膨胀稳定的双重目标;
(2)研制出用于配制泵送硫铝酸盐水泥混凝土的缓凝保塑高效减水剂WUT-G(Ⅱ),该缓凝保塑高效减水剂可保证新拌混凝土初始坍落度达到20cm以上,初始扩展度达60cm以上,3小时坍落度损失小于5cm,混凝土的初凝时间约18小时,终凝时间约21小时;
(3)制备出C50、C60硫铝酸盐水泥钢管混凝土,该混凝土不仅工作性能良好,而且还具有早强和膨胀稳定的特性:C50混凝土3d强度达设计强度的109%,C60混凝土3d强度达设计强度104%;C50、C60混凝土自由膨胀率在7d前增长较快,此后膨胀缓慢增加,21d后膨胀基本稳定,至60d时分别为3.41×10<4>、3.17×10<4>。C50、C60混凝土28d弹性模量分别为42.1GPa、43.8GPa;在7d加载持荷的条件下,持荷150d后C50、C60混凝土徐变值分别为486με、406με,徐变系数分别1.1、1.0;
(4)对比研究了C50、C60普通钢管膨胀混凝土构件与早强膨胀稳定钢管混凝土构件的力学性能。结果表明,在本试验条件下,与相同强度等级的普通钢管膨胀混凝土短柱相比,C50、C60早强膨胀稳定钢管混凝土短柱极限承载力的提高幅度7.6%以上,在实际工程设计中可作为结构构件的安全储备或适当考虑承载力的提高。