关键词：
珊瑚骨料混凝土
改性
力学性能
工作性能
应力-应变曲线
摘要：
近年来,在海洋强国战略的有力推动下,海洋基础设施建设快速发展,海洋资源的开发利用不断提质增速,珊瑚骨料混凝土(Coral Aggregate Concrete,CAC)在海洋工程中展现出巨大的使用需求。利用珊瑚骨料替代普通粗骨料,不仅能够解决远海岛礁传统混凝土原材料匮乏的问题,还能降低建设成本、缩短建设周期,因而具有极高的工程应用价值。但天然珊瑚骨料质轻多孔、过高的孔隙率使其强度远远低于普通碎石,制约了珊瑚骨料混凝土的应用范围。当前国内外学者对珊瑚骨料混凝土的改性研究主要围绕掺入纤维制品、选用新型胶凝材料和优化混凝土配合比,而针对珊瑚骨料的改性研究则较少。因此,本文以超细水泥浆液为改性基材,对经低浓度乙酸预处理的珊瑚骨料进行改性,研究浆液水灰比和骨料养护龄期对珊瑚骨料物理力学性能、改性前后珊瑚骨料混凝土工作性能、各龄期力学性能以及单轴受压应力-应变曲线的影响。本文主要研究内容和结论如下:(1)设计3种不同水灰比(1.2、1.4、1.6)的超细水泥浆液对经低浓度乙酸预处理的珊瑚骨料进行增强,通过密度、吸水率和筒压强度测试,研究珊瑚骨料物理力学性能随浆液水灰比和骨料养护龄期的变化规律,并借助SEM扫描电镜分析改性措施对珊瑚骨料微观结构的影响。研究发现,改性后珊瑚骨料的表观密度增大,1h吸水率大幅降低,筒压强度显著提升。当浆液水灰比为1.2时,28d骨料养护龄期的珊瑚骨料1h吸水率下降43.1%,筒压强度提升140%,改性效果最佳。(2)以普通珊瑚骨料和5种改性珊瑚骨料为基材,通过坍落度和扩展度测试,探究骨料改性措施对珊瑚骨料混凝土工作性能的影响。结果表明,改性珊瑚骨料能明显改善混凝土的和易性。当浆液水灰比为1.2,骨料养护龄期为28d时,改性珊瑚骨料混凝土的工作性能最佳,其坍落度和扩展度分别达到了260mm和485mm,较普通珊瑚骨料混凝土分别提升了85mm和180mm,增幅达到了48.6%和59.0%。且浆液水灰比越小、骨料养护龄期越大,珊瑚骨料混凝土坍落度和扩展度提升越大。同时黏聚性和保水性处于合理水平,无泌水现象发生。(3)对6组不同骨料类型的珊瑚骨料混凝土进行28d龄期力学性能试验,研究改性前后不同骨料类型下珊瑚骨料混凝土力学性能的变化规律。结果表明,浆液水灰比为1.2、骨料养护龄期为28d的试验组效果最优,能使珊瑚骨料混凝土的立方体抗压强度、劈裂抗拉强度和弹性模量分别提高26.4%、19.9%和10.1%,而泊松比则有减小的趋势,但变化很小,影响不显著。基于试验结果,建立了浆液水灰比、骨料养护龄期与力学性能指标的关系式,同时推导了立方体抗压强度与劈裂抗拉强度、弹性模量的换算关系式。(4)对普通珊瑚骨料混凝土和最佳改性珊瑚骨料混凝土展开早龄期力学性能研究,对比分析3d、7d、14d龄期与28d龄期的力学性能变化规律。试验表明,改性珊瑚骨料会减缓珊瑚骨料混凝土的早期强度增长速率,但由于骨料改性后物理力学性能大幅提高,改性珊瑚骨料混凝土的早龄期立方体抗压强度、劈裂抗拉强度仍高于普通珊瑚骨料混凝土,并以试验数据为基础建立了珊瑚骨料混凝土各力学性能指标随龄期变化的预测模型。(5)通过对6组珊瑚骨料混凝土进行单轴受压试验,研究不同浆液水灰比和骨料养护龄期的改性珊瑚骨料对混凝土单轴受压应力-应变曲线的影响。结果显示,改性珊瑚骨料使混凝土的峰值应力和峰值应变最多分别提高了31.6%和21.1%。并在现有混凝土单轴受压本构模型的基础上,结合试验数据建立了改性珊瑚骨料混凝土的单轴受压本构方程。
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