关键词:
自密实沙漠砂贫混凝土
物理力学特性
蠕变特性
应力松弛特性
本构模型
摘要:
针对西北荒漠周边工程建设项目逐渐增多而河砂资源却不丰富的现状,用沙漠砂代替土木工程用砂的研究有实际应用价值。沙漠砂因其自身物理特性,尚不适合用于梁、板或柱等构件的土木工程用砂,但可用于路基或边坡等填筑类的土木工程用砂。有鉴于此,论文基于沙漠砂制备了自密实沙漠砂贫混凝土,并以其物理力学特性及蠕变松弛特性为切入点,借鉴岩土工程与化学工程等学科的成果与方法,对不同配比和不同状态的自密实沙漠砂贫混凝土进行了一系列研究,最后开展了现场工程应用,主要研究内容如下:(1)通过改变水泥的掺量制备了四种不同配比的自密实沙漠砂贫混凝土试块,各项表征分析表明,不同配比试块中均含有大量二氧化硅(Si O),并且还有碳酸钙(Ca CO)、氢氧化钙(CH)和水化硅酸钙(C-S-H)。随着水泥含量的增加,其比表面积逐渐增大,孔径逐渐减小。单轴压缩试验表明,试块的水泥含量从190.40 kg/m增长到394.05 kg/m时,其抗压强度从3.65 MPa增长到12.66 MPa,其弹性模量从168.0 MPa增长到362.3 MPa。通过对常用混凝土峰前段单轴压缩本构模型进行分析,提出了适用于自密实沙漠砂贫混凝土的峰前段单轴压缩本构模型。(2)通过对不同状态下的自密实沙漠砂贫混凝土试块进行力学性能测试发现,经过干湿循环50次和冻融循环50次后,该贫混凝土的强度不降反增。各项表征分析表明,经干湿循环50次和冻融循环50次后,自密实沙漠砂贫混凝土中CH的含量明显降低,而Ca CO的含量明显提高。经干湿循环50次后,其比表面积从11.12 m·g减小到了9.92 m·g,孔尺寸从13.98 nm减小到了13.19 nm。经冻融循环50次后,其比表面积从11.12 m·g减小到7.86 m·g,孔尺寸从13.98 nm减小到了10.54 nm。(3)采用分级加载和加卸载的方式对不同配比试块进行了蠕变试验,结果表明不同配比试块的蠕变曲线形态基本相似,均包括衰减蠕变、稳态蠕变和加速蠕变。该贫混凝土可近似视为非线性粘弹性体,Burgers模型可较好的描述其蠕变特性。采用分级加载的方式对不同配比试块进行了应力松弛试验,结果表明不同配比试块的峰前、峰后应力松弛曲线形态相似,均包含快速松弛、衰减松弛和稳态松弛,其应力松弛特性可由广义Kelvin模型描述。(4)沙湖变电站的病害主要表现为孔洞、塌陷和不均匀沉降,并且发现塌陷加固空间狭小,因此采用自密实沙漠砂贫混凝土灌浆和注浆结合的方式进行处理,给浆液一个压力迫使其沿着塌陷和孔洞流动,直至充满,其凝固后填充了这些孔洞,可方便快捷高效的处理这些病害。月牙湖变电站的问题主要为独立基础由于空间狭小而无法夯实,之前采用传统回填土进行回填,但由于压实度不足而产生了不均匀沉降,因此采用自密实沙漠砂贫混凝土灌浆的方式来解决,浆液凝固后具有较大的空间刚度和整体性,可以从根本上解决问题。