压蒸时间和矿物掺合料对UHPC微结构与力学性能的影响

发布时间：2020-09-16 06:37

　　超高性能混凝土(UHPC)是一种具有优异力学性能和耐久性能的先进水泥基材料,在大型土木工程领域具有广阔应用前景,养护制度和矿物掺合料对超高性能混凝土微结构形成有显著影响,从而影响其宏观力学性能和耐久性能。本文依托国家自然科学基金海峡联合基金项目:“超高性能混凝土制备与工程应用基础研究”(No.U1305245)和国家重点基础研究发展计划(973计划)项目第一课题:“严酷环境下长寿命混凝土材料微结构形成与调控”(2015CB655101),采用XRD、SEM-EDS、MIP、NMR等现代测试技术,研究了压蒸时间、矿物掺合料和MgSO_4侵蚀对UHPC力学性能及其胶凝浆体微结构的影响。主要研究成果如下:研究了压蒸时间对水泥、硅灰制备的UHPC力学性能及其胶凝浆体微结构的影响。随着压蒸时间由0h增加至16h,UHPC抗压/抗折强度先增加后降低,孔隙率先降低后增加,压蒸12h时的孔隙率最小,抗压/抗折强度最大,压蒸8h~12h为最佳养护时间。标准养护UHPC胶凝浆体水化产物包括C-S-H凝胶、Ca(OH)_2、AFt、AFm和TAH,压蒸养护UHPC胶凝浆体水化产物包括C-S-H凝胶、Tobermorite、α-C_2SH、Ca(OH)_2、AFm和TAH,随着压蒸时间的延长,水泥和硅灰的水化程度增大,C-S-H凝胶Al[4]含量增多、MCL和Al[4]/Si增大、Ca/Si降低,AFm相对含量逐渐减小,TAH相对含量在0h~4h增加,4h~16h逐渐降低,压蒸12h~16h对UHPC微结构的影响较小。研究了压蒸条件下矿物掺合料对UHPC力学性能及其胶凝浆体微结构的影响。210℃压蒸8h条件下,随着硅灰掺量的提高,UHPC抗压/抗折强度逐渐增加,随着粉煤灰微珠掺量的提高,UHPC抗压/抗折强度逐渐降低。随着硅灰掺量增加,水化产物α-C_2SH数量逐渐减少,水泥水化程度提高,但硅灰水化程度降低。硅灰的Si-O-Si共价键在水泥水化产生的碱性环境中断键,形成[SiO_4],可作为“桥梁”连接两个二聚体,导致C-S-H凝胶Ca/Si降低,MCL增加。同时,硅灰水解生成的[SiO_4]可直接与C_3A溶解产生的Al(OH)_4~-以及Ca~(2+)反应生成C-(A)-S-H凝胶,导致Al[4]相对含量提高,Al[4]/Si增大。随着粉煤灰微珠掺量的增加,水泥水化程度提高,C-S-H凝胶Ca/Si降低,MCL和Al[4]/Si逐渐增大,同时AFt和AFm均逐渐降低。研究了MgSO_4侵蚀对UHPC表层(1~2mm)胶凝浆体力学性能和微结构的影响。10%MgSO_4侵蚀导致UHPC力学性能略有降低,降低幅度较小。MgSO_4侵蚀对水泥水化有抑制作用,但会促进硅灰的水化,同时对C-(A)-S-H凝胶有微弱脱钙脱铝作用,导致其Ca/Si降低,MCL增加,Al[4]/Si降低。侵蚀作用下,SO_4~(2-)结合C-(A)-S-H凝胶上的Al~(3+)以及TAH反应生成AFt和AFm,导致AFt和AFm增加,TAH减少。随着硅灰掺量的增加,MgSO_4侵蚀对UHPC表层胶凝浆体微结构的影响逐渐减弱。MgSO_4侵蚀对UHPC胶凝浆体微结构影响较弱,UHPC具有良好的抗MgSO_4侵蚀能力,硅灰可提高UHPC抗MgSO_4侵蚀能力。本文研究成果可为UHPC微结构优化与调控及其制备提供参考依据。
【学位单位】：武汉理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TU528
【部分图文】：

技术路线图,胶凝,微结构,浆体

硫酸镁侵蚀对 UHPC 力学性能和微结构的影响，开展以下三方面的研究：（1）研究压蒸时间对水泥、硅灰制备的 UHPC 力学性能与及其胶凝浆体微结构的影响，探明养护制度对 UHPC 胶凝浆体微结构（孔结构、C-S-H 凝胶或托贝莫来石的 Ca/Si、Al[4]/Si 以及含铝相水化产物的组成和结构等）的形成影响机理；（2）研究压蒸条件下矿物掺合料（硅灰和粉煤灰微珠）对 UHPC 力学性能及其胶凝浆体微结构的影响，探明矿物掺合料种类和掺量对 UHPC 胶凝浆体微结构（C-S-H 凝胶或托贝莫来石的 Ca/Si、Al[4]/Si 以及含铝相水化产物的组成和结构等）的形成影响机理；（3）研究硫酸镁侵蚀对 UHPC 力学性能及其表层（1~2mm）胶凝浆体微结构的影响规律，探明硫酸镁侵蚀对 UHPC 表层（1~2mm）胶凝浆体微结构（C-S-H凝胶或托贝莫来石的 Ca/Si、Al[4]/Si 以及含铝相水化产物的组成和结构等）的演变影响机理。技术路线图：

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17e) 压蒸 12h UHPC Tobermorite 形貌图（3d） f) 压蒸 16h UHPC Tobermorite 形貌图（3d）图 2-3 不同压蒸时间水泥-硅灰 UHPC 胶凝浆体 SEM图 2-3 b)、c)、d)、e)、f)分别为标准养护、压蒸 4h、8h、12h、16h 的水泥-硅灰 UHPC 胶凝浆体水化 3d 时的 SEM 图。由 SEM 可以看出，标准养护时 UHPC

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16h 对硅灰活性的促进作用已达到最大，而标准养护 3d 的硅灰水化程度只5.04%，说明高温高压显著提高了硅灰的火山灰反应活性。同时，从图 2-6 可出，压蒸 4h 的硅灰水化程度较标准养护有较大提高，继续延长压蒸时间，期硅灰水化程度增幅均较小，说明硅灰的火山灰反应主要发生在压蒸养护期阶段。分析图 2-7 可知，标准条件下的 3d 时水泥水化程度达到 32.91%，在 3d~2高 22.9%，28d~180d 提高 8.5%，由此说明水泥水化主要发生在早期，后期速率减慢，这也是 UHPC 抗压强度在早期即达到 100MPa 以上的关键原因析压蒸条件下的水泥水化程度，3d 龄期时，压蒸 4h 后的水泥水化程度较标护提高了 38.2%，压蒸 8h 较压蒸 4h 提高了 17.2%，压蒸 12h 较压蒸 8h 提 7.9%，压蒸 16h 较压蒸 12h 提高了 6.9%。可以看出，虽然提高 UHPC 压蒸可增加水泥的水化程度，但其增加幅度却逐渐降低，压蒸 12h~16h，对水泥的促进作用明显减弱，说明 12h 后的压蒸过程对 UHPC 中水泥的水化程度较小。

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