水热合成水化相生长及活性粉末混凝土增强机制

发布时间：2020-10-22 05:47

　　 活性粉末混凝土(Reactive Powder Concrete,简称RPC)是一种新型的超高强度混凝土材料。本文对RPC基体HV硬度、水化反应及水化产物的物相、形貌进行分析,研究不同水灰比及养护制度下水化产物生长,主要对长时间高温蒸压养护条件下的RPC基体上水化产物生长及转变进行研究,并对RPC的增强机制进行探讨。本文采用的主要配合比为水泥:硅灰:Fs1002:减水剂=1:0.3:0.37:0.03,水灰比(水:水泥)采取三种方案,分别为0.16水灰比,0.21水灰比和0.30水灰比。0.21水灰比和0.30水灰比采用振动成型方式,而0.16水灰比由于水灰比过低,采用冷等静压成型方式。实验采用的养护方式包括标准养护、热水养护以及200℃高温蒸压养护方式。在养护到各周期之后,用HV硬度来表征材料的力学性能,酸不溶物含量来定量地反应RPC的水化程度,利用氮吸附法来测定RPC的孔结构,另外,用DSC、XRD、SEM、TEM等手段研究水化产物的类型及形貌。实验结果如下:首先对不同水灰比试样在200℃高温蒸压养护条件下的性能进行研究。结果发现,0.21水灰比试样的HV硬度要高于0.16水灰比试样的HV硬度,0.30水灰比试样的HV硬度最低,可以解释为水灰比的降低能够减少RPC试样的气孔等缺陷,但过低的水灰比反而影响基体的水化反应,导致HV硬度降低。酸不溶物含量结果表明,RPC试样在前24h内降低较多,之后缓慢减少。且水灰比越大,酸不溶物含量越少。从XRD图谱中可以发现,水化反应生成大量的水化硅酸钙凝胶相,水灰比越大,水化硅酸钙凝胶特征峰强度越强。两种水灰比试样的SEM图像表明,水灰比越多,气孔中生成越多的TOB晶体。对不同养护制度下RPC基体性能进行对比发现,高温蒸压养护条件下,基体的HV硬度要远大于标准养护条件下的基体HV硬度,高温蒸压养护条件下试样的酸不溶物含量也远低于标准养护相同时间下试样酸不溶物含量。XRD物相分析结果表明,标准养护试样在养护168h后,仍然未出现水化硅酸钙凝胶特征峰的出现,而高温蒸压养护96h后,就出现了 3.04A的水化硅酸钙凝胶峰。说明200℃高温蒸压养护能够加快水化反应的进行,在很短的周期内完成较多的水化反应,极大地减少养护周期性。最后研究0.21水灰比试样在200℃高温蒸压养护长时间条件下水化产物的生长情况。结果表明在高温蒸压养护前24h内,RPC基体试样HV硬度提升较多,之后缓慢增加。RPC试样酸不溶物含量在养护前48h内减少明显,之后缓慢减少,并最终均趋于稳定。说明在高温蒸压养护初期,试样内部的水化反应较为剧烈,并在养护后期仍有水化反应的进行。通过BET测出RPC试样基体的最可几孔径为10nm左右,且孔径大小不随养护时间增加而减少。RPC试样的比孔容随着养护时间的增加而减小,比表面积在逐渐增加。从XRD、SEM结果可以明显看出,随着200℃高温蒸压养护时间的增加,气孔中的水化反应在200℃条件下形成托贝莫来石(TOB)相,在长时间养护之后,TOB相几乎填充整个气孔。RPC基体上由C3S、C2S等水泥矿物相逐渐向水化硅酸钙凝胶转变,在养护初期,水化硅酸钙凝胶在氢氧化钙原位上生成,呈层片状,随着养护时间的增加,层片状消失形成多个方向相互拥挤的条纹状形貌,并由于空间拥挤而最终沿着一个方向生长。TEM结果表明基体上的水化硅酸钙凝胶发生扩散反应生成TOB晶体,TOB晶体的生长在养护初期为多个方向生长,空间的拥挤使得TOB晶体在养护后期沿着同一个方向生长。水化硅酸钙凝胶向TOB晶体的转变会带来微观体积膨胀,从而使得基体的性能得到增强。
【学位单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TU528
【部分图文】：

＿??Ｍｒ?ｉｎａｃｃｅｓｓｉｂｌｅ??ｐｏｒｅ??图１．２水化反应后期形成的ＨＤＣＳＨ二维示意图［４５】??ＨＤＣＳＨ凝胶州是一种５ｎｍ球状体紧密堆积的结构（见图１．２）。ＨＤＣＳＨ中，球状体??间的最大凝胶孔孔径为ｌｎｍ，这种尺寸大小近似于小角中子散射实验的中子束束斑大??小。这也导致了小角中子散射实验很难对ＨＤＣＳＨ的结构进行进一步的分析。ＨＤＣＳＨ??形成与水化反应的后期，组分己经相当稳定，只有温度升高及湿度降低一定的程度，??才会发生结合水丢失的现象，并且ＨＤＣＳＨ中的水分为可逆物理反应，当温度和湿度满??足一定条件后，又可以回到最初的紧密堆积结构。??１．４主要研究内容??本论文的主要研宄内容是：??（１）

Ｄ（５０）＝３．６３｜ｉｍ??采用激光粒度分析仪对水泥、硅灰及熔炼石英粉Ｆｓｌ００２的粒径分布进行检测，检??测结果见图２．１。??？。?水泥．？?ｆ?ｔ?ｆ?ｊ?＊＇｜?＇?ｊ＊＇?？ｔｔ＇?！?：?．??？０?〇?－?■?ｊ?ｉ?；?ｉ?－?４?？？?ｊ－！?－１?ｉ?＾?■?■?＊?Ｉ?■?Ｉ?■?ｊ?９?０??ｔｏ?０?？?？?？?？?？?ｉ?？?：?？．?ｙ?？?？〇??Ｉ?：／?？?ｉ?！?■?６０?５??ａ?？＞?〇?：????？?／??１?？?？〇?＾??．．．．?＾＾丁?＼?．?？?？?０?－??３０。?ｔ?＼?ｉ?ｔ?＞〇??Ｖ?－?＼?－?—?：?１０??１０?〇?ｉ?＼?？?ｉ?＇?Ｉ?０??Ｃ?０??????、?．?．?？?■?■?０?０??０．１?１０?１０?０?ＩＷ＞?０??Ｓｉ?ｚｃ?（卩?ａ）??１００?０?ｊ?－?＾?；?：?＇?；?ｉ?ｊ?ｊ?；?ｊ?１?？〇??依碎石拜粉?？?Ｉ?＊?＇?＇?＂１?Ｉ?Ｉ?？?７?２??？００?？?ｊ?／Ｎ／?？?？?？?：１?ｊ?ｊ?？?：?？．？??ＴＯ?０??！?ｊ?－?／?Ｔｉ?？．?１?ｊ?＇？?５?６??＊〇?〇?／?＇?／?＼?．．．．．?４?４?￡？??（－＞？００?／?／?？?ｉ?３?２??？?〇?Ｉ?／?；?－?■?＼?ｚ?＊??１０?０?、

，。水灰比降到很低时，空间不足阻碍水化相的生成，水化程度不足也不利于材料的性??升。水化程度是指混凝土材料发生水化反应的能力，是己经发生水化反应所消耗水??量与掺入水泥含量之间的比值，是混凝土材料的重要参数之一，以百分数表示。水??度的测量方式较多，分为直接和间接两种方法。直接测试包括Ｘ射线物相分析，差??析等；间接测试包括结合水的测定及Ｃａ含量的测定。??本章节尝试通过测量０．２１水灰比试样和０．３０水灰比试样在２０（ＴＣ高温蒸压养护后??压强度来表征试样的强度。抗压强度结果如表３．１所示。??表３．１?ＲＰＣ试样抗压强度测试结果???养护时间??每压强度峰值力＿???０．２１水灰比试样?０．３０水灰比试样???未养护?７５．１９?６３．１５??２４ｈ?８６．７３?６０．３３??４８ｈ?５１．２２?４５．５６??７２ｈ?９６．２０?２５．４６??９６ｈ?３６．８３?１Ｍ???
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本文编号：2851185