寒旱区粉煤灰细骨料混凝土配合比设计方法及机理研究

This project Ningxia region rich in coal resources, coal ash production, quality and diverse, low utilization of the status quo. Orthogonal test, and fly ash as independent parameters of modeling, theoretical and experimental combination of laboratory test and field test a combination of techniques. Statistical properties of analysis, reveal the fly ash to replace the fine aggregate rate on concrete strength performance characteristics, to clarify the influence mechanism of fly ash as fine aggregate on concrete strength. Regression method and optimization algorithm to analyze and summarize the numerical law of the test data to optimize the design. Establish the parameters of fine aggregate rate of substitution by fly ash mixture ratio design formulas; use of existing laboratory equipment of the system of concrete compressive strength, flexural strength and durability and mechanical properties were determined through experimental data and theoretical models predictions using extreme value statistics and the Monte Carlo method to resolve the security and reliability and discrete nature of the fly ash fine aggregate concrete. For the large fly ash content and practical in the Ningxia region in different seasons, different security levels and to consider concrete as early as practical engineering applications and components strength in the latter part of the intensity changes in calculation of the fly ash fine aggregate concrete performance analysis provides a theoretical basis.

针对宁夏寒旱区，煤炭资源丰富，粉煤灰产量大、品质多且利用率低的现状，采用粉煤灰作为细骨料以提高粉煤灰在混凝土工程中使用量。以细骨料的粉煤灰替代率作为指标，采用区组正交法试验，宏观力学实验结合微观性状检测，通过统计特性分析建立水胶比、强度和粉煤灰替代率为指标的三维模型，揭示细骨料的粉煤灰替代率对混凝土强度性能的影响规律，阐明粉煤灰作为细骨料对混凝土强度的作用机理。采用回归法及优化算法分析总结试验数据的数值规律，进行优化设计，确立以细骨料的粉煤灰替代率为参数指标的混凝土配合比设计公式；通过对混凝土试样的强度及耐久性等材料性能进行测定，实验数据与理论模型预测结果比较，采用极值统计和Monte Carlo法解析粉煤灰细骨料混凝土的安全可靠度及离散性，为粉煤灰大掺量应用于宁夏寒旱，盐碱地区不同季节、不同安全等级及考虑混凝土强度随龄期变化条件下的实际工程应用、粉煤灰细骨料混凝土性能分析提供理论依据。

针对宁夏寒旱区，粉煤灰产量大、利用率低的问题，以堆存量巨大的Ⅱ、Ⅲ级粉煤灰等体积替代细骨料拌制混凝土（下称：粉煤灰细骨料混凝土），在标准蒸汽养护下对不同替代率、不同龄期的混凝土抗压、抗折强度进行了测试；选定粉煤灰品级较稳定，且水化反应效能及充填效应较显著的配合比方法。结合宁夏区域气候特点，进一步研究粉煤灰细骨料混凝土的收缩、冻融、碳化等单一与交替作用下的混凝土耐久性能的同时，试着阐释了粉煤灰作为细骨料对混凝土性能的影响机理。结果显示粉煤灰能够较好替代细骨料配制混凝土，且作为细骨料一定程度上均能提高混凝土的抗压和抗折强度，抑制混凝土收缩，减少泌水析出。具体显示：1.Ⅱ、Ⅲ级粉煤灰作为细骨料在外加剂规定剂量内最大替代率可达45%，力学性能最佳替代率均为25%，抗冻性能最佳为15%，细骨料45%替代率时粉煤灰用量接近普通混凝土的全部水泥用量。2.拟合得出的标准抗压与折后抗压强度换算公式精确度高。3.Ⅲ级粉煤灰细骨料混凝土冻融循环试验中质量损失速率小于相对弹性模量的损失速率。随着粉煤灰替代率增加抗冻性能下降。抗折强度与抗压强度均随着冻融次数增加而减小，抗折强度对冻融循环破坏更为灵敏。4.引入相对强度评价冻后力学性能变化规律，更能反映强度衰减与冻融循环关系。5.Ⅲ级粉煤灰替代细骨料后对混凝土干燥收缩和自生收缩均起到抑制作用，与替代水泥收缩率变化比较差异甚微。6.对CEB-FIP90收缩模型预测公式修正后，得到适用于粉煤灰细骨料混凝土的收缩预测公式。7.粉煤灰细骨料混凝土冻融与碳化交替循环作用下，碳化先行可延缓冻融破坏，冻融先行会加剧碳化发生；交替循环模式下抗冻性均低于单一冻融模式。其中冻融先行循环模式下劣化最显著。8.单一碳化作用下混凝土碳化系数先增大，碳化后开始变小；而冻融环境是加速粉煤灰细骨料混凝土碳化腐蚀的催化剂，加剧了混凝土表面损伤。9.由微观分析可知，反应物Ca(OH)2不断被消耗，导致反应平衡缺乏内在动力，重复的交替循环不断产生新的开放性孔隙。结果为今后粉煤灰在寒旱区实际工程应用提供了理论依据。