超高性能混凝土(UHPC)是一種具有優(yōu)異力學性能和耐久性能的先進水泥基材料,在大型土木工程領域具有廣闊應用前景,養(yǎng)護制度和礦物摻合料對超高性能混凝土微結構形成有顯著影響,從而影響其宏觀力學性能和耐久性能。本文依托國家自然科學基金海峽聯(lián)合基金項目:“超高性能混凝土制備與工程應用基礎研究”(No.U1305245)和國家重點基礎研究發(fā)展計劃(973計劃)項目第一課題:“嚴酷環(huán)境下長壽命混凝土材料微結構形成與調控”(2015CB655101),采用XRD、SEM-EDS、MIP、NMR等現(xiàn)代測試技術,研究了壓蒸時間、礦物摻合料和MgSO_4侵蝕對UHPC力學性能及其膠凝漿體微結構的影響。主要研究成果如下:研究了壓蒸時間對水泥、硅灰制備的UHPC力學性能及其膠凝漿體微結構的影響。隨著壓蒸時間由0h增加至16h,UHPC抗壓/抗折強度先增加后降低,孔隙率先降低后增加,壓蒸12h時的孔隙率最小,抗壓/抗折強度最大,壓蒸8h~12h為最佳養(yǎng)護時間。標準養(yǎng)護UHPC膠凝漿體水化產物包括C-S-H凝膠、Ca(OH)_2、AFt、AFm和TAH,壓蒸養(yǎng)護UHPC膠凝漿體水化產物包括C-S-H凝膠、Tobermorite、α-C_2SH、Ca(OH)_2、AFm和TAH,隨著壓蒸時間的延長,水泥和硅灰的水化程度增大,C-S-H凝膠Al[4]含量增多、MCL和Al[4]/Si增大、Ca/Si降低,AFm相對含量逐漸減小,TAH相對含量在0h~4h增加,4h~16h逐漸降低,壓蒸12h~16h對UHPC微結構的影響較小。研究了壓蒸條件下礦物摻合料對UHPC力學性能及其膠凝漿體微結構的影響。210℃壓蒸8h條件下,隨著硅灰摻量的提高,UHPC抗壓/抗折強度逐漸增加,隨著粉煤灰微珠摻量的提高,UHPC抗壓/抗折強度逐漸降低。隨著硅灰摻量增加,水化產物α-C_2SH數(shù)量逐漸減少,水泥水化程度提高,但硅灰水化程度降低。硅灰的Si-O-Si共價鍵在水泥水化產生的堿性環(huán)境中斷鍵,形成[SiO_4],可作為“橋梁”連接兩個二聚體,導致C-S-H凝膠Ca/Si降低,MCL增加。同時,硅灰水解生成的[SiO_4]可直接與C_3A溶解產生的Al(OH)_4~-以及Ca~(2+)反應生成C-(A)-S-H凝膠,導致Al[4]相對含量提高,Al[4]/Si增大。隨著粉煤灰微珠摻量的增加,水泥水化程度提高,C-S-H凝膠Ca/Si降低,MCL和Al[4]/Si逐漸增大,同時AFt和AFm均逐漸降低。研究了MgSO_4侵蝕對UHPC表層(1~2mm)膠凝漿體力學性能和微結構的影響。10%MgSO_4侵蝕導致UHPC力學性能略有降低,降低幅度較小。MgSO_4侵蝕對水泥水化有抑制作用,但會促進硅灰的水化,同時對C-(A)-S-H凝膠有微弱脫鈣脫鋁作用,導致其Ca/Si降低,MCL增加,Al[4]/Si降低。侵蝕作用下,SO_4~(2-)結合C-(A)-S-H凝膠上的Al~(3+)以及TAH反應生成AFt和AFm,導致AFt和AFm增加,TAH減少。隨著硅灰摻量的增加,MgSO_4侵蝕對UHPC表層膠凝漿體微結構的影響逐漸減弱。MgSO_4侵蝕對UHPC膠凝漿體微結構影響較弱,UHPC具有良好的抗MgSO_4侵蝕能力,硅灰可提高UHPC抗MgSO_4侵蝕能力。本文研究成果可為UHPC微結構優(yōu)化與調控及其制備提供參考依據(jù)。
【學位單位】：武漢理工大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TU528
【部分圖文】：

硫酸鎂侵蝕對 UHPC 力學性能和微結構的影響，開展以下三方面的研究：（1）研究壓蒸時間對水泥、硅灰制備的 UHPC 力學性能與及其膠凝漿體微結構的影響，探明養(yǎng)護制度對 UHPC 膠凝漿體微結構（孔結構、C-S-H 凝膠或托貝莫來石的 Ca/Si、Al[4]/Si 以及含鋁相水化產物的組成和結構等）的形成影響機理；（2）研究壓蒸條件下礦物摻合料（硅灰和粉煤灰微珠）對 UHPC 力學性能及其膠凝漿體微結構的影響，探明礦物摻合料種類和摻量對 UHPC 膠凝漿體微結構（C-S-H 凝膠或托貝莫來石的 Ca/Si、Al[4]/Si 以及含鋁相水化產物的組成和結構等）的形成影響機理；（3）研究硫酸鎂侵蝕對 UHPC 力學性能及其表層（1~2mm）膠凝漿體微結構的影響規(guī)律，探明硫酸鎂侵蝕對 UHPC 表層（1~2mm）膠凝漿體微結構（C-S-H凝膠或托貝莫來石的 Ca/Si、Al[4]/Si 以及含鋁相水化產物的組成和結構等）的演變影響機理。技術路線圖：

17e) 壓蒸 12h UHPC Tobermorite 形貌圖（3d） f) 壓蒸 16h UHPC Tobermorite 形貌圖（3d）圖 2-3 不同壓蒸時間水泥-硅灰 UHPC 膠凝漿體 SEM圖 2-3 b)、c)、d)、e)、f)分別為標準養(yǎng)護、壓蒸 4h、8h、12h、16h 的水泥-硅灰 UHPC 膠凝漿體水化 3d 時的 SEM 圖。由 SEM 可以看出，標準養(yǎng)護時 UHPC

16h 對硅灰活性的促進作用已達到最大，而標準養(yǎng)護 3d 的硅灰水化程度只5.04%，說明高溫高壓顯著提高了硅灰的火山灰反應活性。同時，從圖 2-6 可出，壓蒸 4h 的硅灰水化程度較標準養(yǎng)護有較大提高，繼續(xù)延長壓蒸時間，期硅灰水化程度增幅均較小，說明硅灰的火山灰反應主要發(fā)生在壓蒸養(yǎng)護期階段。分析圖 2-7 可知，標準條件下的 3d 時水泥水化程度達到 32.91%，在 3d~2高 22.9%，28d~180d 提高 8.5%，由此說明水泥水化主要發(fā)生在早期，后期速率減慢，這也是 UHPC 抗壓強度在早期即達到 100MPa 以上的關鍵原因析壓蒸條件下的水泥水化程度，3d 齡期時，壓蒸 4h 后的水泥水化程度較標護提高了 38.2%，壓蒸 8h 較壓蒸 4h 提高了 17.2%，壓蒸 12h 較壓蒸 8h 提 7.9%，壓蒸 16h 較壓蒸 12h 提高了 6.9%�？梢钥闯觯m然提高 UHPC 壓蒸可增加水泥的水化程度，但其增加幅度卻逐漸降低，壓蒸 12h~16h，對水泥的促進作用明顯減弱，說明 12h 后的壓蒸過程對 UHPC 中水泥的水化程度較小。

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本文編號：2819524