【摘 要】
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普通混凝土在火灾高温条件下强度大幅降低使得建筑物丧失安全性,造成大量的人员伤亡以及巨大的经济损失。以废弃玻璃为原材料制备高温相变混凝土既可以实现提升混凝土耐高温性能的构想,又可以实现固体废弃物的资源化利用,对解决环境污染和能源紧缺等社会问题意义重大。本文以混凝土基本理论和普通废弃玻璃粉物理化学性质为基础,研究玻璃粉掺量以及分散均匀程度对高温相变混凝土基本性能与耐高温性能的影响,揭示了玻璃粉提升混凝
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普通混凝土在火灾高温条件下强度大幅降低使得建筑物丧失安全性,造成大量的人员伤亡以及巨大的经济损失。以废弃玻璃为原材料制备高温相变混凝土既可以实现提升混凝土耐高温性能的构想,又可以实现固体废弃物的资源化利用,对解决环境污染和能源紧缺等社会问题意义重大。本文以混凝土基本理论和普通废弃玻璃粉物理化学性质为基础,研究玻璃粉掺量以及分散均匀程度对高温相变混凝土基本性能与耐高温性能的影响,揭示了玻璃粉提升混凝土耐高温性能的内在机理,为高温相变混凝土的制备与实际生产生活中的应用提供一些参考依据。本论文所进行的主要工作和研究成果如下:(1)高温相变混凝土基本性能研究通过改变玻璃粉的掺量测定净浆的标准稠度用水量、凝结时间以及流动度,分析玻璃粉掺量对净浆性能的影响。制备不同玻璃粉掺量(玻璃粉掺量分别为水泥质量的10%、20%、30%、40%和50%)的高温相变混凝土胶砂试件,以及水泥与玻璃粉不同混料方式(直接混料和球磨机混料)的高温相变混凝土胶砂试件,测定了两种因素对高温相变混凝土基本力学性能的影响。研究结果表明,玻璃粉的掺入使净浆标准稠度用水量、凝结时间、流动度略微降低;玻璃粉的掺入可将水泥浆溶液中的氢氧化钙转化为C—S—H凝胶,同时促进水泥水化反应的进行;粒径在106~150μm的玻璃粉对混凝土具有填充效应,可以改善混凝土密实度;相同龄期下混凝土的基本力学强度与玻璃粉掺量掺量大致成正相关关系;细玻璃粉的活性早期较低后期较高,对强度发展的促进随龄期的增加越来越明显;高温相变混凝土相对于普通混凝土的强度,3d龄期时最多提升约16%,7d龄期时提升约37%,90d龄期高温相变混凝土强度可达68.2MPa;球磨机混料能保证玻璃粉在混凝土中分散更为均匀,玻璃粉均匀掺入对强度的提升优于非均掺形式。(2)高温相变混凝土胶砂试块耐高温力学性能研究通过高温试验研究了玻璃粉掺量和分散均匀程度这两种因素对混凝土高温后外观外貌、质量损失以及残余强度的影响,并总结出了变化规律。通过对比两种分散形式下混凝土胶砂试件的残余强度,得出了玻璃粉与水泥最佳混料方式。通过喷水冷却试验研究了不同冷却方式对高温相变混凝土耐高温性能的影响。高温相变混凝土耐高温性能研究表明,高温后混凝土试块外貌随着玻璃粉掺量的增加得到一定改善,质量损失率随玻璃粉掺量的增加而增大;高温后胶砂试件残余强度与玻璃粉掺量成正相关,玻璃粉最佳掺量为水泥质量的50%;玻璃粉分散均匀程度对残余强度影响不大;随着温度的升高,高温相变混凝土试块的抗压强度由线性增长阶段、平台阶段以及非线性下降阶段组成;升温过程玻璃粉可以促进高温相变混凝土试块强度更好的发展,400℃时高温相变混凝土强度最高可达82.53MPa,而普通混凝土强度最高为53.53MPa;较高的初始强度使高温相变混凝土在400℃~600℃温度强度下降缓慢,出现残余强度曲线平台;600℃以上超高温条件下骨料与浆体变形不协调导致强度大幅下降,但玻璃熔融成液相冷却后与周围形成坚硬的共融体,从而提高了混凝土残余力学强度;通过对残余强度的分析,建立了高温相变混凝土随温度变化的强度预测模型。(3)高温相变混凝土胶砂试块耐高温机理分析通过视频显微系统观测并研究了混凝土内部微观构造随温度变化的情况,结合(2)中高温相变混凝土耐高温力学性能研究成果,分析了玻璃粉提升混凝土耐高温性能的内在机理,总结出了玻璃粉随温度变化的演变模型。20℃~400℃时具有活性的细玻璃粉将部分Ca(OH)2转化为C—S—H凝胶并促进水泥水化反应的进行,高温相变混凝土能在400℃左右达到强度峰值;400℃~600℃由于高温相变混凝土初始强度较高,且在水分没有从密闭空间蒸发出去之前少部分玻璃粉仍可以与氢氧化钙反应,故而此温度段下高温相变混凝土强度下降比普通混凝土慢;600℃~900℃超高温条件下,玻璃粉由固相转化为液相,熔融的玻璃扩散至周围与原有结构形成共融体,填补温度裂缝并使得混凝土孔隙率降低、内部结构致密化,温度降低后对混凝土内部构造起到修复作用使混凝土重新建立起力学强度。本论文共有图47幅,表26个,参考文献92篇。
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