超高性能混凝土基体的组成与微结构关系研究

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超高性能混凝土(UHPC)作为一种具有高强度、高韧性和高耐久性的新型水泥基复合材料，相对于普通混凝土，它通过使用较低的水胶比、高用量的胶凝材料和掺加高活性矿物掺合料，在各项性能上获得了显著提升。其中的活性掺合料，如硅灰、超细矿粉、粉煤灰等通过微集料效应和火山灰效应，能增加 UHPC基体的密实度，从而大幅提高其抗压强度和耐久性。
　　本文针对 UHPC基体中的矿物掺合料和水泥颗粒的级配进行了研究。在可压缩堆积（CPM）模型的指导下，研究了不同矿物掺合料与水泥颗粒单掺及双掺的最密实级配范围，进行了最密堆积状态下的配合比设计。还通过交流阻抗法（AC）使用等效电路对不同组成、不同水胶比和养护条件下的 UHPC基体的 Nyquist图进行了研究，最后还进行了不同 UHPC基体的吸水率、Ca(OH)2含量和孔结构分析。
　　通过对上述各项实验的研究与分析，取得了如下成果：
　　（1）详细介绍了可压缩堆积（CPM）模型的理论方法，并且对固体颗粒体系的几种情况进行了详细的公式推导，同时研究了如下两个应用于粉体颗粒级配的关键问题：1）证明了用 Matlab求解堆积密实度?的方法，即取非线性方程的最小解；2）确定了矿物掺合料与水泥颗粒单掺和双掺下的最密实级配范围，进行了最密堆积下的配合比设计。
　　（2）常温养护3d的条件下，各组基体的 Nyquist图的准 Randles形态不明显，未发生明显的电化学反应，早期主要以矿物掺合料颗粒的填充效应为主，阻抗值随着硅灰掺量的增加而增大；常温养护7d条件下，水化反应已经开始进行，除了纯水泥组外，其他各组 Nyquist图的准 Randles形态相比常温养护3d时已经有了大的改善，呈现较为典型的Randles图形。
　　（3）掺合料粒径和活性、水胶比、颗粒级配对 UHPC基体的体积电阻影响显著。在不掺硅灰的情况下，掺加粉煤灰与矿粉的基体的体积电阻相比纯水泥组的体积电阻可以提高一个数量级，而掺加硅灰之后，在适宜的水胶比下，UHPC基体的体积电阻值相比纯水泥组可以提高两个数量级，当水胶比保持在0.18~0.20，硅灰掺量大于20％时体积电阻值提高显著。因此，掺入适量的硅灰，保持较低的水胶比，可以提高超高性能混凝土基体的电阻值。UHPC基体的体积电阻随着水胶比的增大而减小。低水胶比、高掺量硅灰可优化基体的孔隙结构，增加非连通孔隙，提高基体电阻。
　　（4）孔隙吸水率试验结果表明，纯水泥与粉煤灰组的吸水率随着时间的增加不断增大，矿粉组在9h后基本保持不变，说明矿粉组内部孔隙吸水量达到饱和，孔隙连通性低；而掺硅灰组在水胶比小于等于0.22时，基体孔隙吸水率随吸水时间的增加而先增加后不变，在水胶比大于0.22时，基体吸水率随着时间的增加而不断变大，吸水量不断增大，孔隙结构的连通性增加。所以在 UHPC基体的配制中，控制适当的水胶比可以降低基体的吸水孔隙量。
　　（5）相比于纯水泥组，掺入粉煤灰和矿粉组的 Ca(OH)2含量降低50%，而掺入硅灰组则显著降低了 Ca(OH)2含量， UHPC基体硅灰掺量大于20%，水胶比为0.18时，基体 Ca(OH)2含量相对较少，基体具有较强的耐腐蚀性能。
　　（6）掺合料的粒径和活性、胶凝材料的颗粒级配、水胶比是决定基体微结构的关键因素，在配制时控制硅灰掺量大于20%，水胶比控制在0.18~0.20范围，可以得到高耐久性的超高性能混凝土基体。

著录项

作者
阳东翱;
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作者单位

湖南大学;

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授予单位湖南大学;
学科结构工程
授予学位硕士
导师姓名黄政宇;
年度 2017
页码
总页数
原文格式 PDF
正文语种中文
中图分类高强混凝土、早强混凝土、快硬混凝土;
关键词
超高性能混凝土; CPM模型; 交流阻抗; Nyquist图; 差热分析;

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