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水工混凝土在寒冷地区的裂缝成因及预防措施

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水工混凝土在寒冷地区的裂缝成因 及预防措施

CRACKING CAUSE AND PREVENTIVE MEASURES OF HYDRAULIC CONCRETE IN FROST AREAS

摘 要

Abstract

第1章 绪 论

1.1 课题背景及研究目的和意义

1.1.1 课题背景

1.1.2 研究目的与意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 水工混凝土国内研究现状

1.2.2 水工混凝土国外研究现状

1.3 水工混凝土裂纹研究

1.3.1 水工混凝土早期裂纹控制及预防

1.3.2 水工混凝土裂纹的扩展研究

1.4 主要研究内容

第2章 原材料性能与试验方案设计

2.1 原材料

2.1.1 水泥

2.1.2 粉煤灰

2.1.3 集料

2.1.4 外加剂

2.2 配合比设计

2.3 试验方案设计

2.4 试验方法

2.5 本章小结

第3章 水工混凝土的工作性和力学性能

3.1 新拌水工混凝土的工作性

3.1.1 引言

3.1.2 矿物掺合料对新拌混凝土性能的影响

3.2 水工混凝土的力学性能

3.3 本章小结

第4章 水工混凝土的耐久性

4.1 水工混凝土的耐久性

4.2 水工混凝土的抗渗性

4.2.1 粉煤灰对混凝土电通量的影响

4.2.2 含气量对混凝土电通量的影响

4.3 水工混凝土的抗冻性

4.3.1 混凝土抗冻性研究方法

4.3.2 粉煤灰与混凝土动弹性模量的关系

4.4 快速冻融后的水工混凝土抗渗性

4.4.1 试验方法与试验结果

4.4.2 试验结果分析

4.4.3 混凝土内部孔结构对混凝土渗透性影响

4.5 带有预制裂纹水工混凝土的抗渗性

4.5.1 预制裂纹方法

4.5.2 带有裂纹混凝土电通量试验

4.5.3 试验数据分析

4.6 本章小结

第5章 水工混凝土耐久性模拟计算

5.1 引言

5.2 电场作用下混凝土内部氯离子迁移基础理论

5.2.1 Nernst-Planck方程

5.2.2 Nernst-Einstein方程

5.2.3 混凝土电通量与氯离子扩散系数关系

5.3 ANSYS模拟混凝土电通量试验

5.4 ANSYS模拟混凝土冻融破坏

5.4.1 热分析主要过程

5.4.2 热应力分析主要过程

5.5 本章小结

结 论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其成果

哈尔滨工业大学硕士学位论文原创性声明

哈尔滨工业大学硕士学位论文使用授权书

致 谢

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摘要

针对水工混凝土容易出现裂缝的工程实际问题,本课题采用大掺量粉煤灰取代水泥,加入引气剂的方式配制水工混凝土。研究了水工混凝土的工作性和力学性能及在多因素作用下的水工混凝土的耐久性和孔结构。
  试验结果表明采取粉煤灰大量取代水泥和加入引气剂方式,新拌混凝土的工作性有明显改善。抗压强度前期增长缓慢,后期持续增长。在一定范围内随着粉煤灰掺量增加混凝土渗透性降低。粉煤灰对混凝土的抗冻性的影响存在最佳掺量,且最佳掺量因强度等级不同而有所差异。对于C25混凝土最佳掺量为30%,而对于C30和C40混凝土的最佳掺量为40%。经过冻融循环后的混凝土渗透性降低,但是总体趋势未发生改变,即混凝土快速冻融前后粉煤灰的掺量对混凝土渗透性影响规律一致。对混凝土进行预制裂缝后的渗透试验,拟合了混凝土裂缝对混凝土渗透性的影响程度关系式,定量分析了微裂纹对混凝土渗透性的影响。当预制裂纹宽度小于50μm时,混凝土的电通量增量小于135C,混凝土渗透性变化不大。当预制裂纹宽度大于50μm时,混凝土的电通量增量明显增加,混凝土的抗渗性显著降低。这为已知电通量增量估算混凝土内部微裂纹宽度,提供了参考依据。
  基于Nernst-Planck方程、Nernst-Einstein方程,借助混凝土电通量与氯离子扩散系数之间的经验公式。运用ANSYS模拟了混凝土电通量试验,结果表明在电通量较小时试验与模拟吻合较好,当电通量较大时,试验结果得到的电通量大于模拟结果。运用ANSYS进一步模拟混凝土的快速冻融试验,从力学角度分析了混凝土经过冻融循环后内部应力分布及其矢量分布图,解释了混凝土的冻融破坏机理,与试验分析结论一致。并且从混凝土配和比和原材料选择提出来相应的预防措施。

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