高强全珊瑚海水混凝土的制备技术、耐久性及构件力学性能研究

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1、中图分类号：TU528论文编号：102870117-B032学科分类号：082301博士学位论文高强全珊瑚海水混凝土的制备技术、耐久性及构件力学性能研究研究生姓名达波学科、专业道路与铁道工程研究方向海洋混凝土耐久性指导教师余红发教授南京航空航天大学研究生院航空宇航学院二Ɉ一七年十月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofAerospaceEngineeringResearchonthePreparationTechnology,DurabilityandMechani

2、calPropertiesofConcreteMembersofHighStrengthCoralAggregateSeawaterConcreteAThesisinHighwayandRailwayEngineeringbyBoDaAdvisedbyProf.HongfaYuSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofDoctorofPhilosophyOctober,2017承诺书本人声明所呈交的博士学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方

3、外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本承诺书）作者签名：日期：2017.10.17南京航空航天大学博士学位论文摘要南海岛礁远离祖国大陆，环境条件恶劣，没有砂石和淡水资源。采用珊瑚碎屑与珊瑚砂作粗细骨料，海水拌合和养护的方法制备全珊瑚海水混凝土(Coralaggregateseawaterconcrete，CASC)，应用于港口

4、与机场等岛礁工程建设，具有重要科学意义、国防意义和工程价值。本文在热带岛礁珊瑚混凝土(Coralaggregateconcrete，CAC)结构的耐久性调查与研究的基础上，研究高强CASC的制备方法、基本力学性能、氯离子扩散规律、钢筋锈蚀行为、钢筋CASC构件力学性能，探索其耐久性劣化机理与力学性能规律，为南海岛礁工程建设提供一种就地取材的低成本高强CASC配制方法和钢筋防腐技术。本文主要研究内容和结果如下：(1)通过对热带岛礁多种CAC结构的文献调研和实地调查，研究了热带海洋环境下CAC的耐久性破坏现状、钢筋锈蚀率和氯离子扩散规律。结果表明：热带岛礁海洋环境对CAC

5、结构具有很强的腐蚀破坏作用，钢筋锈蚀率都较大，其主要破坏特征为混凝土保护层胀裂、剥落、垮塌、露筋与钢筋锈断；不同暴露区域CAC的表面自由氯离子含量(Cs)、表观氯离子扩散系数(Da)和自由氯离子扩散系数(Df)分布规律是水下区＞浪溅区＞大气区，CAC的Da比OPC大1~8倍，CAC在水下区与浪溅区的Da值分别是大气区的15和7.4倍。(2)基于富浆混凝土理论和高性能轻骨料混凝土设计原理，研究了总胶凝材料、预吸水率、质量砂率(Sp)、净W/B对CASC立方体抗压强度(fcu)的影响规律。结果表明：对于CASC的fcu，各因素影响从大到小的顺序为：预吸水率＞净W/B＞质量

6、Sp＞总胶凝材料，且随着总胶凝材料用量的提高而增大，随着预吸水率、质量Sp和净W/B的减小而增大；采用未风化珊瑚，质量S33p为70%，预吸水率为5%，总W/B为0.2~0.3，水泥用量为600kg/m~800kg/m，矿物掺合料总量为20%~25%时，CASC的fcu可以达到最大值(C55)。(3)采用等应力循环加卸载法和等应变单调加载法，通过棱柱体试件单轴受压试验研究了CASC的应力-应变全曲线。结果表明：CASC的裂纹直接贯穿珊瑚骨料继续传播，当应变接近峰值应变(İ0i)时，CASC具有迅速破坏的脆性性质，破坏状态主要为劈裂破坏；同时，提出了CASC的两段式本构

7、方程，可反映受压试验所表现的全部特征；相同强度等级，CASC比普通混凝土(OPC)和轻骨料混凝土(LAC)的脆性更强；CASC的弹性模量(Ec)随着强度等级的提高而呈增长的规律，而泊松比(ȝ)随着强度等级的提高呈先增大后减小的趋势。(4)采用自然扩散法，研究了混凝土强度等级、水泥种类、养护龄期、暴露时间对CASC在海水浸泡环境下氯离子扩散规律的影响。结果表明：CASC的氯离子扩散符合Fick扩散定律；CASC的氯离子结合能力(R)随着养护龄期的延长而增加；CASC的Cs和Da均随着养护龄期的延长而降低，Cs随着暴露时间的延长符合指数型的增长规律，CA