【摘要】：混凝土對工程建設(shè)起著至關(guān)重要的作用,然而普通混凝土在腐蝕環(huán)境下較差的耐久性常常導(dǎo)致其提前破壞。超高性能水泥基材料(Ultra-high performance cement-based materials簡稱UHPC)作為一種新型的水泥基材料,具有優(yōu)異的力學(xué)性能和耐久性,通過表面強(qiáng)化技術(shù)將UHPC作為普通混凝土保護(hù)層,可以減少外部侵蝕離子對混凝土的侵蝕破壞,有利于提高混凝土基體耐久性。研究表明納米材料可以改善水泥基材料微觀結(jié)構(gòu),提高強(qiáng)度和耐久性。氧化石墨烯(GO)是一種二維納米材料,片層表面含有大量的含氧官能團(tuán),因此GO具備良好的親水性,可以作為一種增強(qiáng)材料應(yīng)用在超高性能水泥基材料當(dāng)中。然而普通UHPC黏度大、工作性差等缺點(diǎn)會引起施工困難以及材料密實(shí)度下降等問題,因此本文設(shè)計(jì)一種自密實(shí)UHPC配合比,以減少UHPC工作性能不足帶來的不良影響。本文從石英砂級配、水膠比、礦物摻合料、減水劑、纖維等五個方面研究了原材料對UHPC力學(xué)性能和工作性能的影響;借助XRD、TG-DSC、SEM等先進(jìn)測試方法分析研究了GO的引入對硅酸鹽水泥水化歷程的影響;將GO引入UHPC體系,著重研究了GO改性UHPC的工作性能、力學(xué)性能和耐久性。得到以下結(jié)論:(1)石英砂級配為3:4:3:0、水膠比0.2、減水劑摻量1.5%時,UHPC兼具良好的力學(xué)性能和流動性。硅灰摻量從15%增長到25%時,UHPC力學(xué)性能未發(fā)生明顯變化,而流動性損失嚴(yán)重;摻入適量FA2000可實(shí)現(xiàn)在不影響UHPC強(qiáng)度的基礎(chǔ)上顯著改善UHPC流動性,最佳摻量為10%-15%;使用超細(xì)礦粉取代適量FA2000可以提高UHPC強(qiáng)度,且對流動性影響很小,最佳摻量為5%;鋼纖維和PVA纖維的摻入均可以改善UHPC力學(xué)性能,提高折壓比,但相比PVA纖維,鋼纖維對UHPC自密實(shí)性能影響較小,更適合配置自密實(shí)UHPC。(2)XRD、TG-DSC、SEM測試結(jié)果表明,GO的摻入對水泥水化有一定的促進(jìn)作用,增加了水化產(chǎn)物的生成量,改善了水泥基材料的微觀結(jié)構(gòu)。此外,GO可提高UHPC力學(xué)性能,對早期強(qiáng)度的提升更加明顯,但GO的摻入會降低新拌UHPC漿體流動性。當(dāng)GO摻量從0.03%增加到0.05%時,UHPC強(qiáng)度變化不明顯,流動性顯著下降。(3)GO可提高UHPC抗氯離子滲透性能,摻入0.03%GO可使UHPC氯離子擴(kuò)散系數(shù)降低14.5%,達(dá)到2.12×10~(-13)m~2/s;GO改性UHPC具有更加優(yōu)異的耐蝕性,硫酸鹽、鎂鹽雙重侵蝕150d時,未摻GO的UHPC抗蝕系數(shù)下降到0.94,而GO改性UHPC的抗蝕系數(shù)仍在1.00以上;UHPC早期干縮較大,28d之后UHPC干縮率變化不再明顯,GO和鋼纖維均可以降低UHPC干燥收縮率;摻入0.03%GO可以使UHPC拉伸粘結(jié)強(qiáng)度提高17.3%,鋼纖維對UHPC粘結(jié)強(qiáng)度也具有一定的提升作用。
【圖文】：

目前大量水泥基復(fù)合材料被用于城市以及重大工程建設(shè)之中。然而普通水泥基材料具有力學(xué)性能差、脆性較大、耐腐蝕差等缺點(diǎn)，盡管摻入纖維可以有效地增強(qiáng)增韌水泥基復(fù)合材料[24-25]，但纖維的摻入并不能阻止納米級微裂紋的產(chǎn)生，而且纖維不參與水泥水化，，并沒有改善水泥基材料的密實(shí)度。20 世紀(jì) 90年代，超高性能混凝土（簡稱 UHPC）問世，超高性能混凝土由于其優(yōu)良的和易性、力學(xué)性能以及耐久性能受到了學(xué)者們的廣泛關(guān)注[26]。超高性能混凝土的基本配制原理：采用極低水灰比，減小水分蒸發(fā)留下的孔隙，添加高效減水劑，改善混凝土和易性，摻入高活性的礦物摻合料，減少粗骨料的含量，進(jìn)而減少超高性能混凝土的孔隙率，優(yōu)化微觀結(jié)構(gòu)，得到高強(qiáng)、高耐久性的水泥基材料[27]。1995 年 Pierre Richard 等人配置出了抗壓強(qiáng)度可達(dá) 200-800MPa 的活性粉末混凝土（簡稱 RPC），成為 UHPC 發(fā)展史的重大技術(shù)突破[28]。UHPC 優(yōu)良的力學(xué)性能和耐久性使得它在工程應(yīng)用中具有巨大的潛力，目前美國、加拿大等許多國家都開始使用 UHPC 進(jìn)行城市建設(shè)。

圖 2-1 全自動抗折抗壓試驗(yàn)機(jī)測試方法實(shí)混凝土標(biāo)準(zhǔn) EFNARC[58]，水泥基材料自密實(shí)漏斗時間兩個參數(shù)表征，流動擴(kuò)展度采用流動中，將表面刮平，垂直提起筒體，30s 后，采用 V 型漏斗測定水泥基材料流動速度。將新拌砂抹平，記錄下砂漿完全從漏斗中流出的時間,精具體規(guī)格參數(shù)見下圖 2-2。
【學(xué)位授予單位】：武漢理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TQ172.1

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