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混凝土超高强化制备及机理研究

朱卫东  
【摘要】: 随着国家土木工程建设的快速发展,普通强度的混凝土已不能完全满足其要求。而超高强混凝土具有比强度高,负荷能力大,资源和能源消耗少等优点,能逐步满足各项建筑工程轻量化、高层化、大跨化、重载化等方面的要求,因此对混凝土进行超高强化研究具有重要意义。 本文将混凝土超高强化的制备目标分为100MPa和150MPa两种等级,分别采用不同的制备途径来实现,对两种等级下的各种性能影响因素进行了系统研究;并在此基础上,通过微观测试(X射线衍射分析、扫描电镜等)方法,研究了胶结材的水化进程和混凝土的界面结构,从而完善超高强混凝土强度发展机理。 研究结果表明:①采用“硅酸盐水泥+活性矿物掺合料+高效减水剂”方法可以制备出28d抗压强度超过107MPa,坍落度在100mm以上的超高强混凝土。其中硅灰的最佳掺量为10%,最佳水胶比为0.20。当标准养护无法实现时,可以采用塑料袋密封后自然养护,此时28d抗压强度依然可以超过100MPa。②在100MPa级超高强混凝土制备方法的基础上去除粗集料,用粒径为0.15mm~0.6mm的石英砂代替河砂,并引入S95矿渣粉和镀铜钢丝切断型钢纤维,然后采用90℃蒸汽养护,可以制备出7d抗压强度超过160MPa的超高强混凝土。此时硅灰的最佳掺量为水泥质量的0.25倍,且水胶比并不是越低越好,最佳水胶比为0.18。引入适量的矿渣粉可以减少水泥和硅灰的用量,而不影响混凝土的强度指标,矿粉的最佳掺量为水泥质量的0.3倍。蒸汽养护时间以三天为最优,如果对抗压强度要求不是特别严格,可以用级配河砂替代石英砂,其抗压强度也可以超过140MPa,且成本会降低很多。③XRD和SEM结果表明硅灰可以和水泥熟料水化后产生的Ca(OH)2发生二次反应(火山灰反应),生成水化硅酸钙凝胶,从而减小Ca(OH)2含量,使水泥石结构更加致密。而蒸汽养护能够加快水泥水化进程和火山灰反应速度,改善微观结构,促使强度的快速形成。从混凝土的界面结构来看,砂粒和水泥石以及钢纤维和水泥石的界面结构相当致密,界面过渡区并不明显。


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