活性掺合料对活性粉末混凝土水化及性能的影响

作     者：王冠 

作者单位：扬州大学 

学位级别：硕士

导师姓名：葛文杰;李炜;陈玉彬

授予年度：2022年

学科分类：08[工学] 081304[工学-建筑技术科学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 0813[工学-建筑学] 

主      题：活性粉末混凝土 活性掺合料 性能 水化过程 微观结构 

摘      要：活性粉末混凝土（Reactive Powder Concrete,简称RPC）是一种具有超高强度、高韧性和优异耐久性能的新型水泥基复合材料,克服了传统混凝土脆性大、耐久性不足的缺点。在原材料的组成上,RPC采用多种活性矿物掺合料取代部分水泥,充分利用工业废料降低了水泥用量,减少了水泥生产对环境造成的污染和不可再生资源的消耗,符合当代社会的绿色发展及可持续发展理念。其在桥梁工程、建筑工程、防护工程、轨道交通工程等领域有着良好的应用前景。RPC的胶凝体系较为复杂,其中活性掺合料对浆体的水化反应、水化产物的生成和微结构的演变过程具有重要的影响。本文用多种活性掺合料取代部分水泥,研究不同活性掺合料对RPC宏观性能的影响。在此基础上,选取纯水泥体系、水泥-硅灰体系、水泥-硅灰-矿渣粉体系及水泥-硅灰-粉煤灰体系这四组典型的胶凝体系,探究不同活性掺合料对RPC浆体水化过程的影响,探明微结构的演变过程,阐明RPC的强度形成机理。本文取得的主要研究成果如下:（1）通过流动度试验、抗压抗折性能试验和吸水试验研究RPC的性能,结果表明:与纯水泥的胶凝体系相比,用硅灰取代部分水泥会降低RPC浆体的工作性,但可以提升抗压强度和抗折强度、降低吸水量;当取代量为25%时,RPC的性能达到最优。保持硅灰掺量25%不变,用矿渣粉或粉煤灰取代部分水泥均可以改善RPC浆体的工作性;取代量过多会降低养护前期的强度、增加吸水量,但随龄期增加强度逐渐增加,吸水量逐渐降低。当硅灰取代量为25%,矿渣粉或粉煤灰取代量为30%时,能保证RPC具有较高强度、较低吸水量,并提升经济性和环保性。（2）通过凝结时间、电导率和化学结合水试验,发现活性掺合料取代部分水泥会降低RPC浆体水化早期的水化反应速度,影响水化产物的生成和发展。通过热重（TG）、X射线衍射（XRD）和红外光谱分析研究不同活性掺合料体系对浆体水化产物的影响,结果表明:活性掺合料取代水泥会降低RPC浆体内的CH含量、增加C-S-H凝胶的聚合度。活性掺合料可以发挥火山灰效应消耗CH并产生晶核效应促进水泥生成CH,水泥-硅灰体系水化28d时,CH的消耗量大于生成量,总体CH含量仅为6.96%。水泥-硅灰-矿渣粉和水泥-硅灰-粉煤灰体系的总体CH含量较水泥-硅灰体系更低。不同活性掺合料均可以增加C-S-H凝胶中硅氧四面体的聚合度,但由于硅灰的前期活性最高,水泥-硅灰体系水化3d时C-S-H凝胶的生成量最多;复掺硅灰和矿渣粉更有利于后期C-S-H凝胶的生成。（3）通过压汞法（MIP）、氮气吸附法（BET）研究不同活性掺合料体系对浆体微结构的影响,结果表明:活性掺合料取代部分水泥会降低孔隙率、优化孔结构,使RPC微结构更加致密。浆体水化28d时,水泥-硅灰体系的孔隙率仅为5.22%,以无害孔为主;用矿渣粉或粉煤灰取代部分水泥均可以继续降低少害孔数量,但掺入矿渣粉有利于增加凝胶孔数量,而掺入粉煤灰则会降低凝胶孔数量。通过扫描电镜试验（SEM）可以观察到:水泥-硅灰和水泥-硅灰-矿渣粉体系中胶凝材料颗粒被C-S-H凝胶紧密包裹,微结构十分致密。（4）水泥-硅灰体系的RPC宏观性能最优,分析其强度的形成机理:硅灰能够促进水泥水化并增加水化产物C-S-H凝胶的聚合度;降低颗粒间隙并生成足够的C-S-H凝胶将孔隙填充密实;使微结构更加致密且存在的界面区较少,减少了结构出现缺陷的可能性。