预制桥梁GRPC材料的优化设计及接缝性能研究

Reactive powder concrete (RPC) has excellent performance in compressive strength, ductility, durability and volume stability. The use of RPC is limited due to its cost. Substitutes for the cement, quartz sand and silica fume in RPC mix are identified by investigation into different industrial waste materials. The RPC featured with low cost, Green Reactive Powder Concrete (GRPC), is developed. A fractional orthogonal design method is used for the statistical design of experiments. The influences of test factors, including water-to-binder ratio，the variety and dosage of steel fiber, quartz sand，silica fume，cement, superplasticizer, substitutes and as well as the curing rules, on the performances, including mechanical performances, workability and durability, are investigated through the designed experiments. The optimum design method of GRPC based on performances and life-long cost is developed, and a software tool is provided for this design model. GRPC for precast bridge deck connection is designed. GRPC connection for precast bridge deck systems that emulate monolithic construction, considering issues.including speed of construction, durability, and environmental protection, is developed and tested. The FEM model is provided to predict the performances of GRPC connection. The life-long cost of GRPC connection is analyzed.

活性粉末混凝土(RPC)具有超高强度、高韧性、高耐久性和高体积稳定性，但由于造价高应用受限。通过选取工业废料替代RPC 中的部分水泥、硅灰和石英粉等，研制低成本RPC-Green Reactive Powder Concrete (GRPC)应用于预制混凝土桥梁，具有工程意义和科学意义。运用分式正交设计方法制定试验矩阵，对试验参数（水胶比和纤维、硅粉、石英粉、工业废料、减水剂品种与掺量以及养护方法）组合及材料性能（力学性能、工作性能及耐久性能等）进行系统的试验研究，建立基于材料性能指标和全寿命经济性指标的GRPC 优化设计模型。开发GRPC 桥板接缝材料，设计、试验研究GRPC 桥板接缝形式，使其具有缩短现场施工，保证传递弯矩和剪力及优良的耐久性能，实现桥板全寿命周期的环保与低消耗。

绿色高性能混凝土”是近年来混凝土发展的主要方向之一。活性粉末混凝土（Reactive Powder Concrete，RPC）是一种具有高强度和高耐久性的超高性能混凝土材料，但其制备和应用中存在材料成本高、资源能耗大、养护工艺复杂等问题。遵循混凝土材料“节约资源、绿色环保”的可持续发展方向，本文通过采用两种可回收利用的工农业废料——稻壳灰和混凝土再生微粉，作为“绿色掺合料”替代RPC中的水泥和硅灰，以制备具有良好经济环保性能的“绿色活性粉末混凝土”。.本文研究对比了稻壳灰和再生微粉对RPC强度、耐久性和工作性能的影响。首先，对选用的两种绿色掺合料的物理化学性能进行了检测分析，初步探究其作为RPC掺合料的可行性；然后，分别用稻壳灰和再生微粉以不同掺量取代硅灰和水泥，研究掺绿色掺合料的RPC的力学性能、工作性能以及耐久性（收缩性能和抗氯离子渗透性能）的变化。同时，还对比了稻壳灰和再生微粉与常见的掺合料矿粉和粉煤灰对RPC性能的影响。研究结果表明：采用稻壳灰和再生微粉作为绿色环保的活性掺合料制备的“绿色活性粉末混凝土”，虽然与掺硅灰的RPC相比，其强度有一定程度的下降，但仍能满足一般工程对高性能混凝土的强度需求；在耐久性方面，稻壳灰和再生微粉还能减小RPC的收缩变形，并使RPC保持较好的抗氯离子渗透性能。研究结果为绿色活性掺合料在RPC中的应用提供了理论支持和技术支持，提高了RPC的经济性，扩大了其在工程中的应用范围，有利于废弃资源回收利用，带来良好的环境效益，促进了RPC的可持续化发展。.采用无损检测方法—冲击共振法，可以快速准确地测出混凝土早龄期动态弹性模量，通过它与静力受压弹性模量的线性关系推算出静力受压弹性模量。试验研究了骨料体积含量、粗骨料级配、粗骨料种类、水灰比和养护温度对混凝土轴心抗压强度和弹性模量的影响。研究得出水灰比是轴心抗压强度的重要影响因素，骨料体积含量是弹性模量的重要影响因素。采用多元回归分析建立了上述影响因素与强度和弹性模量相关关系的数学表达式。.进行了四种骨料组合混凝土的抗硫酸加速腐蚀试验。含有大理石骨料的混凝土比含青石和黄砂骨料的混凝土耐硫酸腐蚀性能高。腐蚀层受扰动情况下，腐蚀深度与腐蚀时间成线性关系。.进行了硫酸腐蚀作用对桩-土接触面剪切特性的影响的研究。提出了等耐久性与全寿命设计方法。