礦物摻合料對超高性能混凝土的水化及微結構形成的影響.pdf

1、超高性能混凝土（Ultra-High Performance Concrete，UHPC）是一種新型的土木工程材料，與普通混凝土相比，具有極其優(yōu)異的力學性能和耐久性能，不僅可作為新型的特殊構件，也可以應用于基礎設施的維護與加固工程。然而傳統(tǒng)的UHPC在實際工程中并未得到廣泛應用，其中主要原因之一是該配合比中只含有大量的水泥(1100-1300kg/m3)和硅灰(200-350kg/m3)，使得其生產(chǎn)成本極其昂貴;并且水泥和硅灰的有效利用

2、率僅為30-40％，這極大地浪費了資源和能源。因此利用礦物摻合料取代傳統(tǒng)UHPC配合比中的部分水泥或硅灰，是解決UHPC高成本和高能耗的有效方法之一。然而目前缺乏不同礦物摻合料對UHPC宏觀性能與微觀機理的系統(tǒng)性研究，這嚴重制約了生態(tài)型UHPC的研究與應用進展。
　　本文針對上述問題，應用多種現(xiàn)代測試技術，系統(tǒng)性地研究了石灰石粉、F級與C級粉煤灰、?；郀t礦渣、偏高嶺土與煅燒粘土對UHPC的宏觀性能、水泥水化和微結構演變的影響。試

3、驗研究揭示了:
　　(1)石灰石粉和C級粉煤灰能夠改善UHPC基體的工作性，降低混凝土的粘度，F(xiàn)級粉煤灰在超過一定摻量下會降低混凝土的流動性。?；郀t礦渣和煅燒粘土的應用增加了混凝土的粘稠性，降低混凝土的工作性。
　　(2)礦物摻合料的應用會降低單位體積內水泥的含量，改變UHPC體系內有效水灰比w/c值的大小。過高摻量的礦物摻合料會顯著提高w/c，使得體系中缺乏足夠的水泥參與水化反應，混凝土在后期水化中缺乏足夠的C-S-H凝

4、膠;礦物摻合料取代量過低時，仍然有大量的水泥未得到有效利用。UHPC體系中水泥含量與總水量需要保持合適的平衡關系，滿足“完全水化理論”有效w/c值，即0.4左右。滿足該平衡關系且拌合物工作性較好的UHPC基體，在常溫密封養(yǎng)護條件下，56天的抗壓強度均能達到150MPa左右，例如摻加石灰石粉、F級粉煤灰和C級粉煤灰的UHPC抗壓強度值分別為169.6MPa、167.4MPa和142.9MPa。
　　(3)F級粉煤灰的火山灰反應和粒化

5、高爐礦渣的水硬性反應對水泥水化的影響較小，然而C級粉煤灰和煅燒粘土（特別是偏高嶺土）中可以溶解出大量的鋁離子，在孔溶液中形成大量的鈣礬石AFt和單碳型碳鋁酸鹽AFm-Mc，消耗了體系中大量的自由水。該化學反應與水泥水化產(chǎn)生了對自由水的競爭關系，水泥的水化受到嚴重的抑制，這也影響了體系中Ca(OH)2的生成與消耗。石灰石粉的化學活性取決于UHPC體系中可溶解性鋁離子的含量，CaCO3與鋁離子反應生成AFm-Mc。鈣礬石和單碳型碳鋁酸鹽相的

6、大量形成能夠顯著降低UHPC的孔隙率，然而對于摻加C級粉煤灰的UHPC，由于生成的鈣礬石尺寸較大，與硅灰和水泥水化產(chǎn)物相互混合，對孔結構的細化作用并不明顯，但是對于摻加煅燒粘土的UHPC，由于顆粒堆積體系不同，孔結構一定程度上得到細化。
　　(4)選擇合適的礦物摻合料取代水泥或硅灰，不僅能夠維持UHPC極其優(yōu)異的力學性能，提高材料的使用效率，還能改善混凝土的流變性能，降低高效減水劑的使用量，這有助于降低UHPC整體的生產(chǎn)成本和CO