特超強高性能混凝土的制備及其結構與性能研究.pdf

1、隨著國民經濟的發(fā)展和社會進步，現(xiàn)代工程建設的規(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展。與此同時，在人口增長和資源短缺、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，各種嚴酷環(huán)境下使用混凝土結構也越來越多，如：海上石油平臺、跨海大橋、海底隧道、污水管道、核廢料容器、核反應堆外殼、盛裝有害化學物的容器等，如此眾多的建筑物和結構都主要采用了水泥混凝土材料。而這些工程結構的特點是材料性能要求高，包括高強度、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性也很高。傳統(tǒng)的混凝土技術已經無法適應現(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）是當前混凝土發(fā)展的主要方向之一，并且在工程中的應用越來越廣泛。目前，工程中主要應用的高性能混凝土強度小于100MPa，100~150MPa的超高強高性能混凝土已被制備成功，少數(shù)工程中的混凝土強度超過了100MPa。從工程結構材料的長遠發(fā)展考慮，有必要制備強度更高（≥150

3、MPa）的特超強高性能混凝土。 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、均布超細顆粒致密體系、活性粉末混凝土等的抗壓強度都非常之高，其抗拉強度、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，工藝復雜，作為工程材料，其成本

4、太大，嚴重限制了這些材料在工程中的大量應用。 因此，利用水泥混凝土現(xiàn)有的技術途徑，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、工藝簡單、成本低廉等重要優(yōu)勢，在高性能混凝土、超高強高性能混凝土基礎上，進一步研究與制備特超強高性能混凝土材料，對水泥混凝土的發(fā)展具有十分重要的意義。為此，本課題將在以下幾個方面進行研究： （1）特超強高性能混凝土的制備技術：以常用的硅酸鹽水泥、粗細集料在高效減水劑和超細礦物摻合料的

5、“雙摻”作用下，通過降低水膠比（＜0.20）和密實增強等技術途徑，制備抗壓強度≥150MPa的，流動性能良好的特超強高性能混凝土，并對特超強高性能混凝土的流動性經時損失進行了試驗分析。 （2）特超強高性能混凝土水泥基相水化產物的組成結構分析：要制取≥150MPa，且流動性能良好的特超強高性能混凝土，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展，水泥基相的孔結構等與高水膠比條件下有所不同。本論文利用測定水

6、泥石的結合水量與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高性能混凝土水泥石的孔結構特征；利用掃描電鏡分析了水泥石的微觀結構形貌，并對混凝土的宏觀結構進行了分析。 （3）特超強高性能混凝土水化放熱溫升測試：為保證強度發(fā)展要求和混合料具有良好的流動性，高強、超高強以及強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注。 （4）低水膠比下，特超強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，將針對極低水膠比下特超強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)護條件下混凝土的體積變形，探討了特超強高性能混凝土收縮抑制措施。 （5）特超強高性能混凝土的應用展望。 論文取得了以下創(chuàng)新性研究成果： （1）首次在國內成功的以常規(guī)原材料和通用工藝方法，制備出了90天抗壓強度達175.8MPa，1

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

9、”途徑，制得了水膠比最低為0.10的水泥基材料，且能夠振動密實成型，并對這種材料的水化程度、孔結構等進行了研究。試驗證明，水膠比為0.10的水泥石水化程度極低，標準養(yǎng)護180天后，水化結合水量最高只有12.04％，其孔結構主要是平均孔徑30 左右的凝膠孔組成，最可幾孔徑為8.9 。 （4）首次對強度≥150MPa的特超強高性能混凝土制備的大體積混凝土的水化放熱溫升進行了研究。研究結果表明，雖然特超強高性能混凝土的膠凝材料用量增大