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关键词： 电力变压器   混合材料铁心   结构设计   损耗特性  

摘要： 电力变压器作为电力输送中的关键设备，其节能降耗具有重要意义。为了进一步降低大容量变压器铁心损耗水平，拓展非晶合金材料适用范围，本文设计了一种非晶合金和硅钢混合材料铁心结构，并且提出了相应的磁路模型和损耗模型。　　首先，设计了多级圆截面卷绕式混合材料铁心结构。对比分析了现有混合材料铁心结构特点，结合变压器常用硅钢和非晶合金两种材料特性，研究了新型铁心结构排布方案。研究了铁心直径设计方法、多级圆截面设计原则、净截面积计算方法。采用数值分析方法研究了混合材料铁心磁通密度分布规律。对比分析了混合材料铁心主磁通和法向磁通特性。研究了适用于混合材料铁心的磁路模型构建方法。　　其次，研究了混合材料铁心结构的损耗特性。从混合材料的磁滞损耗系数、涡流损耗系数、磁感应强度的变化率、铁损密度、磁通密度峰值等参数入手，对比分析混合材料铁心与单一材料铁心的损耗计算模型，研究适用于混合材料铁心的磁滞损耗模型、涡流损耗模型和工程计算模型。基于数值分析方法，从相角和位置两个因素分析混合材料交界面特有的法向磁通变化规律。将法向磁通引起的损耗定义为附加涡流损耗，分析了混合材料铁心损耗变化规律与空载损耗分布规律。　　最后，研究了考虑负载波动的混合材料铁心设计方法。研究变压器负载波动规律与负载波动等效原则。基于等效二级矩形负载周期图，研究考虑负载波动的混合材料卷铁心设计流程。考虑不同导磁材料磁通密度-损耗密度特性，研究混合材料铁心材料配比依据。研究适用于圆形、矩形截面卷铁心的结构尺寸设计方法。本文研究成果为混合材料铁心设计提供了理论依据。

关键词： 喷射混凝土回弹料   再生细骨料混凝土   力学性能   抗渗透耐久性及寿命预测   微观结构  

摘要： 随着我国基础设施建设投资的加大,砂石骨料和水泥需求持续保持高位,天然砂石的长期开采会导致生态环境破坏和资源短缺,生产水泥熟料时,碳酸钙的分解和燃煤燃烧将产生巨大碳排放,这将成为阻碍我国节能减排的重点问题之一。将工程建设中所产生的喷射混凝土回弹料（SRM）制备再生骨料和煤电厂发电所产生的固体废物粉煤灰（FA）部分替代水泥,可以缓解建材需求增长与环境保护之间的矛盾,也是加快我国发展方式绿色转型、实现“双碳”目标的重要举措。 SRM是隧道支护或边坡支护时所产生的回弹混凝土,其龄期较短、水化程度较低、具有一定活性、杂质少、强度适中,可用于制备再生骨料,而FA中的玻璃微珠可以填充SRM表面附着旧砂浆中裂纹孔隙。因此,本文以喷射混凝土回弹料再生细骨料（SRM-RFA）取代率和FA取代率作为研究变量,对喷射混凝土回弹料再生细骨料混凝土（SRM-RFAC）基本力学性能和抗渗透耐久性能展开试验研究,并对SRM-RFAC的使用寿命进行预测,进一步地,从微观层面上解释了SRM-RFA和FA对混凝土性能的影响,主要研究内容及结论如下: （1）SRM-RFA性能试验。主要是对SRM-RFA的物理性能分析,包括表观密度、堆积密度、压碎指标、含水率和吸水率等骨料性能试验,此外针对SRM-RFA可能存在的碱骨料反应进行试验分析,试验结果表明SRM-RFA基本物理性能可达到作为混凝土骨料的基本要求,SRM-RFA无潜在碱-硅酸反应,可作为混凝土骨料长期使用。 （2）SRM-RFAC力学性能试验。分析不同SRM-RFA取代率及FA掺量对SRM-RFAC立方体抗压强度f、劈裂抗拉强度f、轴心抗压强度f和弹性模量E的影响,试验结果表明随FA及SRM-RFA取代率的增加,混凝土受压破坏更加严重,同时建立SRM-RFAC的f和f、f、E的推荐换算公式,结果表明f、f和E可用f线性表示。 （3）SRM-RFAC耐久性试验。设计120个圆台试件和60个圆柱体试件对SRM-RFAC抗渗透性能进行试验分析,探讨不同SRM-RFA取代率及FA掺量对SRM-RFAC耐久性的影响,并研究水渗透与氯离子渗透间的相关性,建立氯离子扩散系数K与水渗透系数D间的预测建议公式,试验结果表明SRM-RFAC抗水渗透性能随着SRM-RFA取代率的增加而逐渐降低,SRM-RFA替代NFA很大程度地提高了混凝土电通量值,氯离子扩散渗透系数D与f、SRM-RFA取代率存在线性关系,D和K存在相关性,且相关度较高。 （4）SRM-RFAC使用寿命预测。分析不同工况下的氯离子扩散系数预测模型,并根据SRM-RFAC氯离子扩散系数D预测其使用寿命,其结果表明SRM-RFAC预测寿命随SRM-RFA取代率的增加而逐渐下降,SRM-RFA取代率在50%以下时,寿命下降幅度较大。 （5）SRM-RFAC微观试验分析。对SRM-RFAC典型配合比展开微观试验,通过XRD、SEM-EDS和MIP等试验方法对其水化程度、微观结构、孔隙率和孔隙结构展开定性和定量分析,试验结果表明SRM-RFA表面旧砂浆结构疏松多孔、高吸水率和旧ITZ薄弱是造成混凝土宏观力学性能和抗渗耐久性能降低的主要原因。

关键词： 土木工程  

ISBN: (纸本)9787521921977

摘要： 本书共分14章，包括材料的基本状态参数及性质、金属材料、集料、无机气硬性胶凝材料、水泥、普通混凝土、特种水泥混凝土、建筑砂浆、墙体材料、沥青、沥青混合料、建筑装饰材料、新型土木工程材料等。

关键词： 透水混凝土   骨料性能   抗压强度   数值模拟   破坏机理  

摘要： 透水混凝土是一种具有大量连通与非连通孔隙的生态环保型混凝土，一般由粗骨料、水泥、水和外加剂等制备而成。与传统混凝土相比，透水混凝土具有排水、净水、吸声降噪等优良性能，这些优点使其在道路护坡，城市路面及市政园林上有着良好的发展潜力和应用前景。　　透水混凝土是由骨料、水泥浆体（胶结部分和包裹部分）和孔隙组成的，由于透水混凝土一般使用单粒级或间断级配骨料，较低的水灰比和骨灰比，所以其孔隙率一般在11%~30%左右，并且拥有复杂的孔隙结构。然而较高的孔隙率和复杂的孔隙结构会使透水混凝土的强度显著下降，一般为5~30MPa，从而限制了透水混凝土的应用范围。　　基于透水混凝土的国内外研究现状，本文对其力学性能和透水性能展开深入研究，以制备出强度较高且满足渗透要求的透水混凝土。首先，对透水混凝土的原材料性能和配合比进行优化，通过研究骨料种类，骨料级配，骨料粒径等因素对透水混凝土力学性能的影响，确定其最优骨料配合比。其次，为了研究孔隙率和孔隙结构对透水混凝土的影响，制备了不同孔隙率的透水混凝土试件。然后基于透水混凝土应力应变曲线和细观孔隙特征建立具有形状特性的可破坏模型。模型建立后，通过模拟室内单轴压缩试验，对透水混凝土的损伤模式和应力分布进行分析。在完成抗压性能的优化后，通过变水头法对透水混凝土进行透水系数测试来研究上述若干因素对透水混凝土渗透性能的影响。最后将本文研究的透水混凝土应用于实际工程中，通过实地考察和性能测试来评价透水混凝土工程效果和经济效益。　　论文的研究成果和结论主要有以下四个方面：　　（1）制备了28组不同骨料配合比的透水混凝土试件来研究骨料粒径、骨料种类和骨料级配对透水混凝土物理力学性能的影响。结论如下：透水混凝土抗压强度随骨料粒径的增大而减小，孔隙率随骨料粒径的增大而增大;石灰岩骨料与水泥浆体的化学胶结情况较好，铁尾矿骨料与水泥浆体的机械咬合作用较强;经抗压强度测试和孔隙率测试发现粒径为4.75~9.5mm的单粒级石灰岩骨料透水混凝土物理力学性能最佳。　　（2）通过室内试验和数值模拟相结合的方法，制备出强度大于30MPa的透水混凝土试件，并探究了孔隙率和孔隙结构对透水混凝土抗压性能的影响。研究结果表明：孔隙率主要通过固相占比和接触面积来影响透水混凝土的应力分布;孔相的增大和固相的减少，使得透水混凝土在较低的峰值应力和峰值应变下便发生破坏;孔隙率越高，透水混凝土内部最大应力越小，但应力集中现象越明显;当孔隙率一定时，小孔数量的提高有利于改善应力传导的均匀性，从而提高透水混凝土的抗压强度;孔径较大的孔隙是透水混凝土应力传递薄弱区域，大孔占比的增多会降低透水混凝土的抗压强度。　　（3）通过变水头法测试了不同骨料配合比和不同设计孔隙下透水混凝土的透水性能。试验结果表明：透水混凝土的透水系数与骨料粒径呈正比关系;透水混凝土的实测孔隙率是影响透水系数的主要因素;通过最大孔径等孔隙结构特征可以初步预测透水混凝土的透水性能;本文最优配合比的实测孔隙率为14.1%，透水系数为4.5mm/s。　　（4）本文将配合比优化后的透水混凝土应用在路面工程中，通过考察透水混凝土的施工性能来评价其工程效果和的经济性。经效果分析后发现：透水混凝土路面工程效果良好，其强度性能和渗透性能均能满足施工和规范要求;从整体道路工程进行分析，发现透水混凝土的经济效益更好。

关键词： 碱激发混凝土   配合比设计   力学性能   微观分析   外加剂  

摘要： 我国作为水泥的主要产销国,每年二氧化碳排放量巨大,而且产生的工业副产品众多导致经济、环境问题接踵而来;碱激发混凝土作为能够消耗工业废料“零”水泥混凝土有望解决上述难题,同时相对硅酸盐水泥混凝土具有较高的强度和更加优越的耐久性。 本文在分析原材料、激发剂、外加剂、养护方式等因素对碱激发混凝土影响的基础上,依据绝对体积混凝土配合比设计方法提出了完整的高强碱激发混凝土的配合比设计方法。利用扫描电镜SEM、MTS压力机等仪器,从宏观和微观分析研究高强碱激发混凝土的力学性能,通过试验得出的结果证明了高强碱激发混凝土的配合比设计方法的准确性。主要研究内容和结论如下: (1)碱激发混凝土配合比设计的主要步骤包括:在配制碱激发混凝土的强度基础上确定胶凝材料和激发剂的种类,对碱激发胶凝材料的抗压强度和密度进行测定;之后通过确定骨料的体积计算得到胶凝材料的体积和质量;最后依据计算得到的水胶比算出用水量。确定碱激发剂的模数和掺量以及初算碱激发胶凝材料28d胶砂抗压强度是有别于普通混凝土的关键设计参数。对高强碱激发混凝土的水胶比计算公式进行修正,通过60组试验计算得到标准差σ=6.47。 (2)碱激发混凝土强度影响参数中,原材料对配合比设计的影响最大,其次是激发剂种类,外加剂、养护方式的影响最小。胶凝材料中的钙硅铝含量决定着水化产物C-S-H凝胶和C-A-S-H凝胶的数量,根据活性指数表现为:偏高岭土>矿渣>粉煤灰。氢氧化钠+硅酸钠氢氧化钠的复合激发剂效果最好,其次是氢氧化钠,而碳酸钠、硫酸钠、硅酸钠的效果较差且在混凝土中的饱和掺量点低,饱和掺量点最低为4%。 (3)对依据本文中配合比设计方法制备的C30、C60、C80碱激发混凝土样进行力学性能试验,C30、C60、C80碱激发混凝土在28d实测值为42.1MPa、71.1MPa、92.4MPa分别是设计值的1.22倍、1.01倍、1.02倍;龄期7d时C30就已达到了设计强度,C60、C80在龄期3d时达到了设计强度的65.69%和55.61%,早强特性明显。抗折强度随着强度等级的增加增长缓慢,C30、C60、C80碱激发混凝土抗折强度是抗压强度的33.49%、23.82%、18.03%,变化趋势与抗压强度的变化基本一致。基于上述试验,基本验证了本文所提出碱激发混凝土的配合比设计方法的准确性。 (4)对碱激发混凝土流动性影响最大的是外加剂,其次是胶凝材料,激发剂对初始流动度影响较小。添加葡萄糖酸钠可将C30、C60、C80碱激发混凝土的坍落度提高至285mm、233mm、231mm。同时葡萄糖酸钠可有效延长碱激发混凝土初凝与终凝时间,对终凝时间的影响大于初凝时间,C30、C60、C80的终凝时间提高了30%、61.9%、76.47%,而初凝提高了21.62%、46.66%、33.33%。葡萄糖酸钠不仅与碱激发矿渣、碱激发粉煤灰、碱激发偏高岭土相容性较好,同时能提高新拌砂浆间黏结的能力,是试验所得最优的外加剂。

关键词： 钼尾矿混凝土   纳米SiO2   碳化   硫酸盐冻融   耐久性能   细微观结构  

摘要： 建筑生产日益增多的同时建筑资源逐日短缺,过度消耗天然河砂制备混凝土与可持续发展理念不相符,同时尾矿废弃物大量堆积,严重影响了生态环境。因此将钼尾矿砂代替天然河砂制备绿色混凝土,并用高活性的纳米Si O2（NS）对其进行性能增强。制备NS增强钼尾矿混凝土以达到环境保护和资源可持续发展的要求,又具有良好的应用前景。因此,本文以钼尾矿为主要原材料,在此基础上加入不同掺量的NS制备性能增强钼尾矿混凝土,通过理论与试验相结合,研究NS增强钼尾矿混凝土的基本力学性能以及其在碳化/硫酸盐冻融环境中的耐久性能。主要工作如下: （1）通过配合比设计,以0%、20%、40%、60%、80%和100%的钼尾矿取代河砂制备了240个混凝土试块,研究了钼尾矿掺量对混凝土工作性能的影响,并进行了力学性能试验,对不同龄期下立方体抗压强度和劈裂抗拉强度进行了测试,建立了钼尾矿混凝土的劈裂抗拉强度预测模型;确定了60%为最佳钼尾矿掺量后,以0.5%、1%、1.5%和2%的NS掺量制备了144个混凝土试块,同样进行力学性能的试验,探究NS对钼尾矿混凝土各项力学性能的增强作用;对各配合比的试块进行了单轴受压试验,并对各配合比试块的轴心抗压应力-应变曲线进行了分析,建立了NS增强钼尾矿混凝土的本构模型。结果显示,钼尾矿砂使混凝土的工作性能和力学性能均有所下降,并且掺量越大,降幅越大;当钼尾矿砂掺量为60%时,既能满足强度要求,又最大程度上利用了钼尾矿砂;NS对混凝土早期力学性能的增强作用最明显,在掺量为1%时,增强效果最明显。 （2）开展了钼尾矿混凝土的碳化/冻融循环试验与单一冻融循环试验,并与单一冻融试验进行对比;研究了钼尾矿混凝土在碳化/硫酸盐冻融环境下的耐久性,通过对质量损失率、相对动弹性模量（RDEM）变化和抗压强度损失率的分析,了解钼尾矿混凝土宏观性能的变化规律,探讨钼尾矿砂和NS对混凝土耐久性的影响。结果表明,钼尾矿砂降低了混凝土的抗冻性,且掺量越大,冻融后的试块损伤越严重;适量的NS有效改善了混凝土的抗冻性,其中1%的掺量对混凝土抗冻性能的提升最明显;碳化作用密实了孔隙结构,降低了硫酸盐冻融给混凝土带来的负面作用,表现为碳化后再冻融的试块,质量、残余抗压强度和RDEM均高于单一冻融下的试块,且碳化对混凝土结构的密实作用在冻融前期较明显。 （3）通过工业CT和SEM扫描技术从细观、微观两方面对碳化/硫酸盐冻融环境下钼尾矿混凝土的损伤机理进行研究,分析了试块孔隙结构的特征,探究了孔隙的演变规律,同时,研究了反应产物及和界面结构的微观形貌。结果表明,在碳化/盐冻的共同作用下,混凝土内部孔隙不断增多,孔隙率变大,中大孔隙的占比持续上升;将钼尾矿混凝土碳化后再冻融发现,混凝土的微小孔隙占比下降,说明碳化作用能在一定程度上密实混凝土的微小孔隙;NS细化了孔隙,减小了孔隙率,1.0%NS掺量的混凝土在200次冻融后,孔隙率相比于普通混凝土下降了1.35%,说明NS使混凝土抗冻性得到了提升;从微观角度上分析混凝土损伤的主要原因是钙矾石等侵蚀膨胀产物不断生成,使混凝土内部孔隙及裂纹扩大,并相互贯通成为裂缝;从细微观角度揭示了宏观性能退化机理,为钼尾矿在混凝土中的可持续发展注入动力。

关键词： 修复砂浆   冻融循环   水力冲磨   粘结界面   耐久性劣化  

摘要： 水工建筑物在服役过程中,会受环境因素影响而产生各类病害,严重影响工程寿命。在北方寒冷地区,泄水建筑物常常会受到冻融循环和水流冲蚀的耦合作用而发生损伤,严重影响了工程的安全运行。因此,必须及时对受损的水工混凝土结构进行修复加固,而修复材料及其与基底混凝土粘结界面的耐久性决定了修复加固的质量。本文选用EVA改性水泥基砂浆(EVA砂浆)和金属骨料耐磨砂浆(金属砂浆)为修复材料,通过冻融试验和冲磨试验,分别研究了修复砂浆及其与基底混凝土的粘结界面在三种试验条件(冻融、冲磨、冻融冲磨交替)下的耐久性劣化规律。采用扫描电镜研究了修复砂浆与基底混凝土界面的微观结构变化,宏观与微观相结合,揭示了修复砂浆-混凝土界面的耐久性劣化机理。主要研究结论如下:(1)与单一冻融或单一冲磨作用相比,冻融与冲磨的交替作用对两种修复砂浆造成了更严重的损伤。经过冻融后的修复砂浆表现出更低的抗冲磨性能,具体表现为更大的磨蚀深度和更低的抗冲磨强度。单一冲磨作用下,砂浆抗压强度损失率先减小后增大;单一冻融或交替作用下,砂浆抗压强度损失率不断增加;三种试验条件下砂浆抗压强度损失率由高到低依次为:交替>冻融>冲磨。修复砂浆抗冲磨强度与砂浆抗压强度呈正相关关系,但冻融作用会削弱这种关系。与EVA砂浆相比,金属砂浆表现出更高的抗冲磨性能和抗冻性能。(2)与单一作用相比,冻融与冲磨的交替作用不仅使修复砂浆-混凝土组合试样出现了更深的冲坑、更大孔洞,还导致基底混凝土中骨料与砂浆基质的界面过渡区宽度增大。随着冻融次数或冲磨时间的增加,修复砂浆-混凝土组合试样的质量损失表现出逐渐加快的趋势。随冲磨时间增加,试样的抗冲磨强度呈下降趋势,而受冻融与冲磨交替作用的试样表现出更低的抗冲磨强度。(3)随着冻融次数或冲磨时间的增加,试样的界面劈裂抗拉强度损失率与抗剪强度损失率不断增长。不同试验条件下界面劈裂抗拉强度和抗剪强度劣化速度由大到小依次为:交替>冻融>冲磨。在冻融与冲磨的交替作用下,试样界面破坏形态的变化主要表现为:基底混凝土破坏先减少后增多、界面滑移破坏先增多后减少的趋势。(4)受冻融与冲磨作用的影响,修复砂浆与基底混凝土粘结界面结构受损,界面宽度增大,其中冻融与冲磨的交替作用对界面的破坏最严重。在冻融与冲磨的交替作用下,界面处产生裂缝并扩展,随冻融次数和冲磨时间的增加,砂浆和混凝土基质变得松散,界面宽度不断增加,造成修复砂浆与基底混凝土脱粘。与EVA砂浆-混凝土试样相比,金属砂浆-混凝土试样的界面更易受冻融和冲磨的影响而脱粘。

关键词： 外加剂   CFB灰渣   SO3含量   干混抹灰砂浆   综合性能  

摘要： 循环流化床灰渣(简称CFB灰渣)是燃煤在循环流化床锅炉中经过燃烧排出的主要工业副产物。循环流化床飞灰和炉渣与普通粉煤灰和机制砂相比,表面曲折且疏松多孔,Ca O和Ⅱ-Ca SO含量高,具有一定的自硬性、火山灰活性以及膨胀特性。目前,由于缺乏合理的利用方式,CFB灰渣的规模化利用率较低。本文选用CFB灰渣产自山西省长治市国锦发电厂,由于国锦发电厂使用燃煤种类多样且当前改进了循环流化床锅炉的脱硫方式,所以产出的CFB灰渣SO含量高且波动性强,加大了CFB灰渣的利用难度。为规模化利用CFB灰渣,本文对比研究了不同SO含量CFB灰渣对干混抹灰砂浆性能的影响。为进一步提升CFB灰渣干混抹灰砂浆的性能,从外加剂的角度出发,对比聚羧酸高效减水剂、引气剂和缓凝剂对CFB灰渣干混抹灰砂浆性能的影响,遴选出适用于CFB灰渣干混抹灰砂浆的外加剂和对应最佳掺量,配制出适用于CFB灰渣干混抹灰砂浆的专用外加剂,从而达到改善CFB灰渣干混抹灰砂浆的性能,满足工程使用要求的目的。通过在CFB灰渣干混抹灰砂浆中,添加最佳掺量的专用外加剂,对比研究不同强度等级的CFB灰渣干混抹灰砂浆与武汉某干混砂浆厂成品干混抹灰砂浆的综合性能。结果表明:CFB灰渣干混抹灰砂浆的保水率、抗压强度、柔韧性、粘结拉伸强度以及抗冻性能优于武汉某干混砂浆厂成品干混抹灰砂浆,例如,强度等级为M10的CFB灰渣干混抹灰砂浆比成品干混抹灰砂浆的保水率提高5.10%,CFB灰渣干混抹灰砂浆28d抗压强度提高50.70%,28d压折比降低7.75%,28d拉伸粘结强度提高14.29%,经历50次冻融循环后,CFB灰渣干混抹灰砂浆试块同成品干混抹灰砂浆试块相比,质量损失率、抗压强度损失率分别降低5.42%、18.90%。强度等级为M10的CFB灰渣干混抹灰砂浆的2h稠度经时损失和凝结时间等工作性能同成品干混抹灰砂浆相比,还有所不足,其2h稠度经时损失增长了3.22%,凝结时间降低了19.05%,但均符合国家标准《预拌砂浆》(GB/T 25181-2019)的中对抹灰砂浆性能的要求,且CFB灰渣干混抹灰砂浆成本较低,能够大规模应用,节省大量的材料成本。

关键词： 机制砂混凝土   强度等级   机制砂岩性   花岗岩石粉掺量   耐久性能  

摘要： 随着我国的基础设施建设的快速发展,对于砂的需求量日益增大,目前天然砂资源越来越少,采用机制砂制备混凝土已成为必然趋势。但机制砂的岩性、级配、粒形和石粉含量等特性与天然砂存在显著差异,导致其在使用过程存在诸多问题。因此,亟需针对机制砂的特点开展机制砂混凝土的设计制备技术研究,并系统研究机制砂特性对混凝土耐久性能的损伤演化规律及机理。基于此,论文在研究花岗岩石粉的基本特性以及对水泥胶砂力学性能影响的基础上,对花岗岩石粉作为胶凝材料的适用性进行评价。结果表明,随着研磨时间的增加,花岗岩石粉的比表面积增大,粒径减小,表明研磨方法可增加石粉颗粒细度;当原状花岗岩石粉掺量小于5%时,胶砂的强度相对于对照组有所提高,但当掺量超过5%时,胶砂强度逐渐降低。灰熵分析结果表明,比表面积以及10～40μm粒径范围内的颗粒对石粉活性的积极贡献最大,增加10～40μm的石粉颗粒含量可显著提高胶砂的强度。总之,在保证砂浆强度基础上最大限度地利用石粉,石粉掺量应在5%～10%为宜,粉磨时间在40～60min为宜,相关研究结论为花岗岩石粉作为胶凝材料的应用提供了一定的理论参考。其次,对机制砂高性能混凝土的设计及制备技术开展研究。基于综合设计法,通过采用化学外加剂与矿物掺合料复掺的形式,对C30、C40、C50、C70高性能混凝土配合比进行优化设计;通过分析水胶比、砂率和矿物掺合料对混凝土工作性能和力学性能的影响,确定各强度等级混凝土基准配合比,提出了机制砂高性能混凝土的配合比优化设计方法。结果表明,合适的水胶比可提高混凝土抗压强度和体积稳定性;砂率和矿物掺合料可调节混凝土堆积密度,起到密实混凝土内部结构作用,以便尽可能减少水泥浆的用量,来达到减少用水量和水泥用量之目的。最后,研究了混凝土强度等级、机制砂岩性和花岗岩石粉掺量对机制砂混凝土的抗冻性、抗碳化性、抗氯离子渗透性和抗硫酸盐侵蚀性的影响规律及机理。研究结果表明,与普通混凝土一致,机制砂混凝土的耐久性随强度等级的增加而提升;机制砂岩性变化对混凝土的耐久性能略有影响,但影响差异并不显著,花岗岩机制砂岩性的混凝土耐久性能略优;随着花岗岩石粉掺量的增加,花岗岩机制砂混凝土中的含气量表现为先减小后增大的变化规律,混凝土的抗冻融、抗碳化、抗氯离子渗透和抗硫酸盐侵蚀性能随之呈现先增大后减小的变化规律。当石粉掺量为5%时,混凝土内部孔隙和气泡最少,内部结构最为密实,此时混凝土的耐久性最优。