压蒸时间和矿物掺合料对UHPC微结构与力学性能的影响

摘要

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MgSO4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-C2SH、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-C2SH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[SiO4]，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[SiO4]可直接与C3A溶解产生的Al(OH)4-以及Ca2+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MgSO4侵蚀对UHPC表层（1~2mm）胶凝浆体力学性能和微结构的影响。10%MgSO4侵蚀导致UHPC力学性能略有降低，降低幅度较小。MgSO4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，SO42-结合C-(A)-S-H凝胶上的Al3+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，MgSO4侵蚀对UHPC表层胶凝浆体微结构的影响逐渐减弱。MgSO4侵蚀对UHPC胶凝浆体微结构影响较弱，UHPC具有良好的抗MgSO4侵蚀能力，硅灰可提高UHPC抗MgSO4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。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 UHPC研究进展

1.2.1 UHPC制备与应用研究现状

1.2.2 养护制度对UHPC性能及其微结构影响的研究现状

1.2.3 矿物掺合料对UHPC性能及其微结构影响的研究现状

1.2.4 硫酸盐侵蚀作用下UHPC性能与微结构研究现状

1.3 研究内容及技术路线

第2章 压蒸时间对UHPC力学性能及其胶凝浆体微结构的影响

2.1 原材料与试验方法

2.1.1 原材料

2.1.2 试验方案设计

2.1.3 测试方法

2.2 压蒸时间对UHPC力学性能的影响

2.3 压蒸时间对UHPC水化产物组成的影响

2.4 压蒸时间对UHPC C-S-H凝胶微结构形成影响

2.4.1原材料与UHPC水化胶凝浆体29Si NMR去卷积结果

2.4.2 压蒸时间对UHPC胶凝材料水化程度的影响

2.4.3 压蒸时间对UHPC胶凝浆体C-S-H凝胶平均分子链长的影响

2.4.4 压蒸时间对UHPC胶凝浆体C-S-H凝胶Al[4]/Si的影响

2.5 压蒸时间对UHPC胶凝浆体含铝相水化产物的影响

2.6 本章小结

第3章矿物掺合料对UHPC力学性能及其胶凝浆体微结构的影响

3.1 原材料与试验方法

3.1.1 原材料

3.1.2 试验方案设计

3.2 矿物掺合料对UHPC力学性能的影响

3.3 矿物掺合料对UHPC水化产物组成的影响

3.3.1 硅灰对UHPC水化产物组成的影响

3.3.2 粉煤灰微珠对UHPC水化产物组成的影响

3.4 硅灰对UHPC胶凝浆体微结构形成的影响

3.4.1原材料与UHPC水化胶凝浆体29Si NMR去卷积结果

3.4.2 硅灰对UHPC胶凝材料水化程度的影响

3.4.3 硅灰对UHPC胶凝浆体C-S-H凝胶平均分子链长的影响

3.4.4 硅灰对UHPC胶凝浆体含铝相水化产物的影响

3.5 粉煤灰微珠对UHPC胶凝浆体微结构形成的影响

3.5.1原材料与UHPC水化胶凝浆体29Si NMR去卷积结果

3.5.2 粉煤灰微珠对UHPC胶凝材料水化程度的影响

3.5.3 粉煤灰微珠对UHPC胶凝浆体C-S-H平均分子链长的影响

3.5.4 粉煤灰微珠对UHPC胶凝浆体含铝相水化产物的影响

3.6 本章小结

第4章 硫酸镁侵蚀对UHPC力学性能及其胶凝浆体微结构的影响

4.1 原材料与试验方法

4.1.1 原材料

4.1.2 试验方案设计

4.2 硫酸镁侵蚀对UHPC力学性能的影响

4.3 硫酸镁侵蚀对UHPC水化产物组成的影响

4.4 硫酸镁侵蚀对UHPC胶凝浆体C-S-H 凝胶的影响

4.5 硫酸镁侵蚀对UHPC含铝相水化产物的影响

4.6 本章小结

第5章 结论

致谢

参考文献

硕士期间发表论文及参研项目