特超強(qiáng)高性能混凝土的制備及其結(jié)構(gòu)與性能研究.pdf

1、隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和社會(huì)進(jìn)步，現(xiàn)代工程建設(shè)的規(guī)模與投資越來越大，混凝土建筑物的使用范圍也在日益擴(kuò)展。與此同時(shí)，在人口增長(zhǎng)和資源短缺、環(huán)境污染的威脅下，建筑物越來越向著超高層化、超大跨化方向發(fā)展，各種嚴(yán)酷環(huán)境下使用混凝土結(jié)構(gòu)也越來越多，如：海上石油平臺(tái)、跨海大橋、海底隧道、污水管道、核廢料容器、核反應(yīng)堆外殼、盛裝有害化學(xué)物的容器等，如此眾多的建筑物和結(jié)構(gòu)都主要采用了水泥混凝土材料。而這些工程結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是材料性能要求高，包括高強(qiáng)度、高耐久性

2、和高體積穩(wěn)定性，有些工程要求混凝土的流動(dòng)性也很高。傳統(tǒng)的混凝土技術(shù)已經(jīng)無法適應(yīng)現(xiàn)代工程的要求。需要研究與發(fā)展新的高性能的水泥混凝土材料。 高性能混凝土（HPC）是當(dāng)前混凝土發(fā)展的主要方向之一，并且在工程中的應(yīng)用越來越廣泛。目前，工程中主要應(yīng)用的高性能混凝土強(qiáng)度小于100MPa，100~150MPa的超高強(qiáng)高性能混凝土已被制備成功，少數(shù)工程中的混凝土強(qiáng)度超過了100MPa。從工程結(jié)構(gòu)材料的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展考慮，有必要制備強(qiáng)度更高（≥150

3、MPa）的特超強(qiáng)高性能混凝土。 其它新的高性能水泥混凝土材料還包括：無宏觀缺陷水泥基材料（MDF）、均布超細(xì)顆粒致密體系（DSP）、活性粉末混凝土（RPC）等。 從材料性能審視，無宏觀缺陷水泥基材料、均布超細(xì)顆粒致密體系、活性粉末混凝土等的抗壓強(qiáng)度都非常之高，其抗拉強(qiáng)度、斷裂韌性和彈性模量也突破了傳統(tǒng)水泥基材料的限度，這些材料具備了高強(qiáng)韌性材料的特征。但是，由于這些材料所用的原材料要求極高，工藝復(fù)雜，作為工程材料，其成本

4、太大，嚴(yán)重限制了這些材料在工程中的大量應(yīng)用。 因此，利用水泥混凝土現(xiàn)有的技術(shù)途徑，采用常規(guī)原材料和通用工藝，充分發(fā)揮通用水泥混凝土原料易得、工藝簡(jiǎn)單、成本低廉等重要優(yōu)勢(shì)，在高性能混凝土、超高強(qiáng)高性能混凝土基礎(chǔ)上，進(jìn)一步研究與制備特超強(qiáng)高性能混凝土材料，對(duì)水泥混凝土的發(fā)展具有十分重要的意義。為此，本課題將在以下幾個(gè)方面進(jìn)行研究： （1）特超強(qiáng)高性能混凝土的制備技術(shù)：以常用的硅酸鹽水泥、粗細(xì)集料在高效減水劑和超細(xì)礦物摻合料的

5、“雙摻”作用下，通過降低水膠比（＜0.20）和密實(shí)增強(qiáng)等技術(shù)途徑，制備抗壓強(qiáng)度≥150MPa的，流動(dòng)性能良好的特超強(qiáng)高性能混凝土，并對(duì)特超強(qiáng)高性能混凝土的流動(dòng)性經(jīng)時(shí)損失進(jìn)行了試驗(yàn)分析。 （2）特超強(qiáng)高性能混凝土水泥基相水化產(chǎn)物的組成結(jié)構(gòu)分析：要制取≥150MPa，且流動(dòng)性能良好的特超強(qiáng)高性能混凝土，首先是要采用極低的水膠比，因此，在極低水膠比條件下的膠凝材料的水化進(jìn)展，水泥基相的孔結(jié)構(gòu)等與高水膠比條件下有所不同。本論文利用測(cè)定水

6、泥石的結(jié)合水量與Ca(OH)2含量的方法研究了水化程度；利用壓汞法和氮吸附法研究了特超強(qiáng)高性能混凝土水泥石的孔結(jié)構(gòu)特征；利用掃描電鏡分析了水泥石的微觀結(jié)構(gòu)形貌，并對(duì)混凝土的宏觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析。 （3）特超強(qiáng)高性能混凝土水化放熱溫升測(cè)試：為保證強(qiáng)度發(fā)展要求和混合料具有良好的流動(dòng)性，高強(qiáng)、超高強(qiáng)以及強(qiáng)度更高的水泥混凝土的膠凝材料用量一般比較大，混凝土的水化溫升問題值得關(guān)注。 （4）低水膠比下，特超強(qiáng)高性能混凝土的收縮研究及收

7、縮抑制方法探討：水膠比的降低帶來的另一個(gè)問題是水泥混凝土的自收縮和干燥收縮的體積變形；在本論文中，將針對(duì)極低水膠比下特超強(qiáng)高性能混凝土的干燥收縮、自收縮的影響因素展開研究，并分析了不同養(yǎng)護(hù)條件下混凝土的體積變形，探討了特超強(qiáng)高性能混凝土收縮抑制措施。 （5）特超強(qiáng)高性能混凝土的應(yīng)用展望。 論文取得了以下創(chuàng)新性研究成果： （1）首次在國(guó)內(nèi)成功的以常規(guī)原材料和通用工藝方法，制備出了90天抗壓強(qiáng)度達(dá)175.8MPa，1

8、80天抗壓強(qiáng)度達(dá)179.0MPa，365天抗壓強(qiáng)度達(dá)到182.9MPa，其混合料坍落度達(dá)268mm，擴(kuò)展度達(dá)680mm的特超強(qiáng)高性能混凝土。 （2）特超強(qiáng)高性能混凝土的流動(dòng)性經(jīng)時(shí)損失試驗(yàn)表明，混凝土的初始流動(dòng)性優(yōu)良，2小時(shí)以后的坍落度經(jīng)時(shí)損失最大值僅為13mm，有的幾乎無損失，2小時(shí)以后的擴(kuò)展度仍然較高，具有可泵送施工的潛力。這是本文制備的特超強(qiáng)高性能混凝土最重要的特點(diǎn)之一。 （3）通過高效減水劑和超細(xì)礦物摻合料的“雙摻

9、”途徑，制得了水膠比最低為0.10的水泥基材料，且能夠振動(dòng)密實(shí)成型，并對(duì)這種材料的水化程度、孔結(jié)構(gòu)等進(jìn)行了研究。試驗(yàn)證明，水膠比為0.10的水泥石水化程度極低，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)180天后，水化結(jié)合水量最高只有12.04％，其孔結(jié)構(gòu)主要是平均孔徑30 左右的凝膠孔組成，最可幾孔徑為8.9 。 （4）首次對(duì)強(qiáng)度≥150MPa的特超強(qiáng)高性能混凝土制備的大體積混凝土的水化放熱溫升進(jìn)行了研究。研究結(jié)果表明，雖然特超強(qiáng)高性能混凝土的膠凝材料用量增大