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摘 要

近年来，建设海洋强国的诉求越来越强，发展南海是建设海洋强国的重中之重。南海的开发自然少不了对南海岛礁的建设，但由于南海恶劣的天气以及严酷的海洋环境，导致一般的建筑材料很难达到建设要求。本课题旨在制备一种适用于南海岛礁建设用的防护保温一体化复合材料。超高性能混凝土（UHPC）具有超强的抗渗透性，几乎不存在碳化现象，对氯离子和硫酸盐的渗透也近乎为零，同时还具有一定自修复能力。UHPC的这些特性使得其十分适合在海洋环境下工作。而且UHPC有着优异的力学性能，是很好的防护材料选择。泡沫混凝土作为多孔水泥基材料，优异吸声、保温隔热性能是它的突出特性。本文拟复合UHPC与泡沫混凝土，以“三明治”结构制备应用于南海岛礁建设的防护隔热一体的复合材料。本文通过研究两种混凝土的力学性能、干燥收缩等特性，并制备复合试件，测试复合试件性能，来综合表征复合混凝土的各种性能。同时本文对复合方式进行探索，研究了成型界面形状对复合效果的影响。研究结果表明，泡沫混凝土前期收缩大，7d收缩值占总收缩值64.6%，28d收缩基本完成，而超高性能混凝土干燥收缩低，采用养护7天的泡沫混凝土与UHPC复合，可大大降低由于两者收缩值不匹配造成的收缩开裂现象，同时两者可继续水化，增加试件的粘结强度，节省试件成型试件。粘结强度结果表明，龄期的增长和UHPC强度的提升均能够增强粘结强度。而采用波纹复合的方式，可以提升复合试件的粘结强度，通过对比不同高度波纹面，其中预制3mm的波纹粘结强度最高。本文测定了两种混凝土的导热系数，结合复合材料导热系数公式，发现泡沫混凝土是复合材料隔热性能的关键。

关键词：防护隔热一体化、超高性能混凝土、泡沫混凝土、界面粘结强度

ABSTRACT

In recent years, the development of the South China Sea has become the focus of China's marine resources development.Rich fishery resources, an important transport hub, rich oil field deposits, are the South China Sea's valuable wealth. The development of the South China Sea reefs is truly crucial, but the bad weather in the South China Sea and the harsh marine environment lead that the general building materials are difficult to meet the requirements of constructions. The purpose of this project is to prepare a composite material for protection and thermal insulation which is suitable for the construction of the South China Sea Reefs. Ultra-high performance concrete (UHPC) has a strong anti-permeability, almost no carbonation phenomenon, and the penetration of the chloride ion and sulfate is almost none, while it also has a certain self-repair capacity. These features of the UHPC make it ideal for working in marine environments. And UHPC has excellent resistance to shock and shock resistance, so as it is a good choice of protective material. Then，foam concrete (ie, lightweight concrete) ， a porous cement-based material, has a good sound absorption as well as thermal insulation properties. In this paper, UHPC and foam concrete are combined to fabricate composite materials for protection and insulation in the construction of the South China Sea reef. In this paper, the properties of two kinds of concrete, such as mechanical properties, drying shrinkage and so on, were studied and the composite test pieces were prepared to test the performance of composite specimens to characterize the various properties of composite concrete. At the same time, this paper explores the effect of the shape of the forming interface on the composite effect.

Key words：South China Sea construction，composite material for protection and thermal insulation，UHPC，foam concrete

目 录

摘要 Ⅲ

ABSTRACT Ⅳ

第一章 绪 论 8

1.1 我国南海发展背景 8

1.1.1 南海岛礁建设现状 8

1.1.2 保温隔热材料 8

1.1.3 防护材料简介 8

1.2 泡沫混凝土研究现状 9

1.2.1国外泡沫混凝土研究现状 9

1.2.2国内泡沫混凝土研究现状 9

1.3 超高性能混凝土国内研究现状 10

1.4 课题研究内容 10

第二章 原材料性能与实验方法 12

2.1 原材料基本性能 12

2.1.1 水泥 12

2.1.2 粉煤灰 12

2.1.3 硅灰 13

2.1.4 减水剂 14

2.1.5 发泡剂 14

2.1.6 钢纤维 14

2.1.7 砂 14

2.1.8 水 14

2.2 泡沫混凝土制备原理 15

2.2.1 发泡原理与气孔成型原理 15

2.2.2 发泡水泥一体机工作原理 16

2.2.3 泡沫混凝土配合比设计原理 17

2.3 超高性能混凝土制备原理 18

2.3.1 超高性能混凝土制备方式 19

2.3.2 超高性能混凝土配合比设计原理 19

2.4 实验方法 19

2.4.1 泡沫混凝土的制备 20

2.4.2 超高性能混凝土的制备 21

2.4.3 宏观性能测试 22

2.4.4 微观性能测试 25

第三章 泡沫混凝土与超高性能混凝土的性能 27

3.1 泡沫混凝土性能 27

3.1.1 抗压强度 27

3.1.2 干燥收缩 28

3.1.3 导热系数 28

3.2 UHPC性能 29

3.1.1 抗压抗折强度 29

3.1.2 干燥收缩 31

3.1.3 导热系数 31

3.3 本章小结 32

第四章 防护隔热一体化材料的复合方式的探究 33

4.1 复合方式的初期探索 33

4.1.1 平面复合 33

4.1.2 波纹复合与凹槽复合 35

4.2 平面复合的性能研究 36

4.2.1 复合试块制备 36

4.2.2 粘结强度测试 37

4.2.3 抗压性能测试 38

4.2.4 界面形貌 39

4.2.5 成型工序验证 41

4.3 波纹复合的性能研究 41

4.3.1 复合试块制备 42

4.3.2 粘结强度测试 43

4.3.3 界面形貌 44

4.4 本章小结 45

第五章 结论与展望 46

5.1 结论 46

5.2 展望 46

参考文献 47

致谢 49

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