鋼渣砂砂漿的膨脹破壞行為及作用機(jī)理研究項目摘要

利用鋼渣作細(xì)集料(砂)配制水泥砂漿、水泥混凝土用于一些特殊工程不僅具有潛在的優(yōu)勢，而且可提高鋼渣利用水平，又可在一定程度上緩解我國當(dāng)前天然集料的供需矛盾。但鋼渣穩(wěn)定性差，目前又缺乏對鋼渣砂水泥基材料體積安定性的系統(tǒng)研究，使得其工程應(yīng)用的安全性和使用壽命難以保證，因而限制了其應(yīng)用。本項目擬在研究影響鋼渣砂安定性不良的關(guān)鍵組份與引發(fā)條件及安定性各檢測指標(biāo)關(guān)聯(lián)性的基礎(chǔ)上，研究養(yǎng)護(hù)條件(溫度、濕度、齡期等)和材料組份(鋼渣砂特性、膠凝材料體系等)對砂漿的線膨脹率、強(qiáng)度、表觀特征和內(nèi)部微結(jié)構(gòu)等膨脹破壞行為變化的影響，探討鋼渣砂安定性與鋼渣砂砂漿體積安定性的內(nèi)在關(guān)系，以揭示鋼渣砂砂漿膨脹破壞的作用機(jī)理，為建立水泥基材料用鋼渣砂的安定性評價方法和標(biāo)準(zhǔn)提供理論基礎(chǔ)與技術(shù)支撐。本項目的開展對于實(shí)現(xiàn)鋼渣砂及其水泥基材料的安全、有效、大量應(yīng)用，提高和保證工程結(jié)構(gòu)的耐久性，促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展具有重要的理論和實(shí)際意義。

針對水泥瀝青復(fù)合砂漿（CA砂漿）組分材料之間膠結(jié)固化機(jī)理及微觀結(jié)構(gòu)、本構(gòu)方程及其粘彈性力學(xué)行為三個方面開展研究，完成了項目計劃的研究內(nèi)容。從CA砂漿固化過程中體系的粘度、膠漿平均粒徑、乳化瀝青的聚集過程及固化體系電阻率隨時間變化的角度，深入揭示了CA砂漿的固化過程及其固化機(jī)理。CA砂漿的早期固化過程分為溶解期、誘導(dǎo)期及凝結(jié)硬化期三個階段，而長期固化過程分為0-7d的快速固化期及7-28d的穩(wěn)定固化期兩個階段。同時研究了乳化劑類型、用量及乳化瀝青對水泥水化的影響規(guī)律。乳化劑及乳化瀝青對水泥不僅存在緩凝作用，同時還會減小水泥的后期水化度。研究了CA砂漿的微觀結(jié)構(gòu)及孔隙結(jié)構(gòu)特征，建立了CA砂漿微觀結(jié)構(gòu)模型，提出了二級分散系的概念，根據(jù)第二級分散系的結(jié)構(gòu)特征，將CA砂漿劃分為水泥基CA砂漿及瀝青基CA砂漿兩種類型。根據(jù)CA砂漿的微觀結(jié)構(gòu)特征，提出了描述CA砂漿粘彈性力學(xué)行為的力學(xué)模型，結(jié)合試驗研究建立了CA砂漿的本構(gòu)方程。基于本構(gòu)方程分析了溫度及材料配比等因素對CA砂漿粘彈性力學(xué)行為的影響規(guī)律。水泥基CA砂漿力學(xué)性能受溫度的影響較小，其相位角基本不隨溫度和頻率的變化而變化。瀝青基CA砂漿具有明顯的溫度敏感性，溫度對CA砂漿復(fù)模量的影響體現(xiàn)為低溫性能接近但高溫性能對溫度十分敏感。A/C（CA砂漿中瀝青與水泥的質(zhì)量比）對CA砂漿力學(xué)性能的影響規(guī)律為低溫性能受A/C影響較小，而高溫性能受A/C影響顯著。通過對三元件分?jǐn)?shù)導(dǎo)數(shù)模型的參數(shù)分析表明，CA復(fù)合膠漿在25℃時粘性成分比例最大，此時損失模量與儲存模量比值最大。通過WLF方程研究了CA砂漿的時溫等效特性，得到了不同A/C比CA砂漿粘彈性力學(xué)參數(shù)的主曲線。分析了CA砂漿的蠕變特性，修正伯格斯模型能夠較好的模擬其蠕變行為。CA砂漿的模量、強(qiáng)度及破壞能均隨著溫度的升高及A/C的增加而減小。CA砂漿在重復(fù)荷載作用初期模量衰減較快，重復(fù)荷載作用使得CA砂漿的粘性成分降低而彈性成分升高。在一定范圍內(nèi)，可以通過適當(dāng)提高A/C值來增強(qiáng)CA砂漿的疲勞性能。分析了水對CA砂漿力學(xué)特性的影響規(guī)律，研究了CA砂漿的阻尼特性及其影響因素。

針對水泥瀝青砂漿(cement asphalt mortar簡稱CA砂漿)的固化過程、微觀結(jié)構(gòu)對其力學(xué)性能的影響問題開展研究。從水泥的水化、乳化瀝青的破乳兩個過程及二者的相互作用入手，研究CA砂漿的固化過程及固休機(jī)理，分析固化過程對CA砂漿力學(xué)性能的影響；基于微觀力學(xué)及界面力學(xué)，分析CA砂漿固化體的微觀結(jié)構(gòu)，并建立微觀結(jié)構(gòu)模型及其表征參數(shù)，分析微觀結(jié)構(gòu)與宏觀力學(xué)性能的對應(yīng)關(guān)系；基于粘彈性本構(gòu)理論，結(jié)合微觀模型表征參數(shù)，建立CA砂漿的力學(xué)分析模型及粘彈性本構(gòu)方程；在本構(gòu)方程的基礎(chǔ)上，結(jié)合數(shù)值方法，分析CA砂漿的粘彈性力學(xué)行為，并通過實(shí)驗結(jié)果進(jìn)行驗證。.該項目可以深入揭示CA砂漿宏觀力學(xué)性能的微觀機(jī)理、及對力學(xué)性能影響的敏感性因素，從而為CA砂漿的性能設(shè)計提供理論依據(jù)；本項目的研究成果對于其它先進(jìn)水泥基復(fù)合材料力學(xué)性能的研究具有一定的參考價值，對于材料學(xué)科及粘彈性理論的發(fā)展具有一定的推動作用。