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以工业废弃物为主要原材料的无机聚合物混凝土近年来已成为工程界研究的热点问题。无机聚合物混凝土在快凝早强、耐腐蚀等方面具有独特的优点。但它的碳化问题一直困扰着其在实际工程中的应用。在研究如何通过技术手段合理解决无机聚合物混凝土的碳化问题,充分挖掘和发挥其在土木工程领域应用的潜力,课题组前期研究提出了无机聚合物钢管混凝土的构件体系。该体系借助钢管提供的密封环境,有效解决了无机聚合物混凝土在空气中易碳化的缺点。但前期试验数据表明,无机聚合物混凝土的干缩率远大于普通混凝土,导致无机聚合物钢管混凝土相比普通钢管混凝土的结构紧箍力出现太迟的缺陷更为明显。因此本文提出了微膨胀无机聚合物钢管混凝土这一新的结构体系并进行了如下研究。 (1)微膨胀无机聚合物混凝土立方体抗压强度试验结果表明:在HCSA(高性能混凝土膨胀剂,High Performance Calcium Sulpho Aluminate,简称HCSA)膨胀剂掺量不同的条件下,无机聚合物混凝土立方体抗压强度呈现不同程度的下降的结论。其强度增长主要在前3天,且水胶比越大,试件的立方体抗压强度越低。 (2)微膨胀无机聚合物混凝土抗折强度试验结果表明:HCSA膨胀剂掺量在掺量较少时,无机聚合物混凝土抗折强度几乎没有影响;而在掺量较大时,其抗折强度急剧下降。 (3)微膨胀无机聚合物混凝土干缩试验结果表明:HCSA膨胀剂虽不能使无机聚合物混凝土产生膨胀,但能够有效补偿其产生的干缩。在膨胀剂掺量不同的条件下,无机聚合物混凝土干缩率的差异主要体现在前3天。当膨胀剂掺量在3%~6%时,其对干缩率的影响较其他情况的大。 (4)微膨胀无机聚合物钢管混凝土短柱的轴压试验结果表明:膨胀剂掺量3%、6%、10%的构件极限承载力分别为1401kN、1518kN、1304kN。构件破坏过程与不掺膨胀剂的相同,可分为弹性阶段、弹塑性阶段、塑性阶段、破坏阶段四个阶段。膨胀剂掺量为3%和10%的构件破坏特征与与不掺膨胀剂的相同,其钢管先轴向屈服,后环向屈服。但膨胀剂掺量为6%的构件,其钢管先环向屈服,后轴向屈服;且其紧箍力出现更及时,钢管与混凝土协同作用发挥更好,试件整体性更好。比较试验数据可得最佳HCSA膨胀剂掺量应略小于6%。 (5)应用现行钢管混凝土相关理论,对微膨胀无机聚合物钢管混凝土短柱的理论计算结果表明:在HCSA膨胀剂掺量较少时,可近似看成是钢管与混凝土分别受力,叠加理论比较适合其承载力的计算;在膨胀剂掺量适当时,钢管与混凝土协同作用发挥较强,套箍理论比较适合其承载力计算;在膨胀剂掺量较大时,套箍效应理论上应更明显,但应考虑混凝土自身强度因膨胀剂降低的条件。 (6)应用有限元软件ANSYS,微膨胀无机聚合物钢管混凝土短柱轴压数值模拟结果表明:用温度荷载来模拟膨胀的方法可行,模拟结果与试验结果较接近。