塔克拉玛干沙漠砂混凝土力学性能与抗渗性能研究
新疆南疆地区天然河砂资源短缺,但拥有中国沙漠面积最大的塔克拉玛干沙漠,以沙漠砂替代天然砂制备混凝土的前景非常可观。为将沙漠砂混凝土应用于南疆（寒冷地区）水工构筑物的建设,本研究将塔克拉玛干沙漠砂按一定比例替代河砂制备沙漠砂混凝土（desert sand concrete,DSC）,以沙漠砂替代率（沙漠砂占细骨料的百分比）、水胶比、砂率为影响因素,首先以单因素试验探究了不同因素对DSC力学性能的影响规律,其次利用多因素正交试验探究了不同因素对DSC低温抗压强度、抗渗性能的影响程度及规律。最后结合扫描电镜（SEM）对沙漠砂颗粒、DSC试件微观结构观测,揭示沙漠砂对DSC强度的影响机理,为塔克拉玛干沙漠砂用于工程建设提供一定的理论和技术基础。本文主要的研究内容与结论如下:（1）采用替代率为0%（基准组）、10%、20%、30%、40%、50%的沙漠砂替代天然砂,探究沙漠砂替代率对DSC力学性能的影响规律。试验结果表明:随着沙漠砂替代率的增加,DSC的抗压强度、抗折强度、劈裂抗拉强度、吸水率总体呈现先上升后下降的趋势。综合考虑,沙漠砂替代率10%时,DSC的力学性能最佳;沙漠砂替代率低于30%时,DSC的抗压强度、抗折强度、劈裂抗拉强度均大于基准组的强度;沙漠砂替代率低于20%时,DSC的水密性能优于基准组。（2）探究水胶比、砂率分别对DSC力学性能的影响规律,试验结果表明:随着水胶比的提升,DSC的抗压强度、抗折强度、劈裂抗拉强度均呈现先上升后下降的趋势。在水胶比0.4时,DSC力学性能均达到最佳;水胶比0.55时,DSC的力学性能最差。随着砂率的提升,DSC的抗压强度、抗折强度、劈裂抗拉强度均呈现先上升后下降的趋势。在砂率34%时,DSC抗压强度、抗折强度均达到最佳;砂率31%时,DSC劈裂抗拉强度达到最佳,但砂率34%的劈裂抗拉强度与砂率31%相近;在砂率40%时,DSC力学性能均最差。综合DSC抗压强度、抗折强度、劈裂抗拉强度分析,DSC的最佳水胶比为0.4,砂率为34%。（3）采用正交试验探究沙漠砂替代率、水胶比、砂率在低温条件下DSC抗压强度的影响程度,试验设置-20℃、-10℃、室温三个环境状态,采用两种测试方法（低温后立即试验和低温后静置试验）对DSC抗压强度进行测试。试验得出:在不同的试验温度条件下,水胶比对DSC的抗压强度的影响程度最大。低温后立即试验中,砂率对DSC抗压强度的影响程度大于沙漠砂替代率;低温后静置试验中,沙漠砂替代率对DSC抗压强度的影响程度大于砂率。随着沙漠砂替代率的增加,DSC抗压强度均呈现先上升再下降的趋势。在沙漠砂替代率10%时,DSC抗压强度取最大值。但沙漠砂替代率低于30%时,不同试验指标下的DSC抗压强度均大于基准组。（4）探究沙漠砂替代率、水胶比、砂率三因素对DSC抗渗性能、吸水率的影响程度,正交试验结果表明:对DSC的吸水率、抗渗性能的影响程度从大到小依次为:水胶比、沙漠砂替代率、砂率。通过SEM电镜对试件微观结构观测得出:DSC试件内部生成的C-S-H凝胶物质更为明显,界面过渡区的裂缝更细小,整体结构密实度高。
- 作者：
- 彭明岭
- 学位授予单位：
- 塔里木大学
- 授予学位：
- 硕士
- 学位年度：
- 2023年
- 导师姓名：
- 安巧霞
- 中图分类号：
- TU528
- 关键词：
- 沙漠砂；力学性能；低温抗压；抗渗性能；微观结构
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- 基金项目：
- 塔里木大学研究生科研创新计划项目“风积砂混凝土物理力学性能及与钢筋粘结试验研究”（项目编号:TDGRI202144）课题主持人:彭明岭研究生（塔里木大学）