制品混凝土早龄期增强和冲击韧性改善研究

作     者：王以撒 

作者单位：武汉理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：吕林女;何永佳

授予年度：2021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：制品混凝土 抗冲击性能 多尺度 增强 增韧 

摘      要：混凝土制品是建筑行业发展的一个重要方向,关于制品混凝土的研究和应用亦成为热点问题。相较于普通混凝土而言,采用蒸养等湿热养护工艺的制品混凝土虽然能够在早期获得较好的力学性能,但在加快水泥水化的同时也造成了混凝土内部的热损伤、水化产物不均匀及孔隙结构粗化等缺陷,影响制品混凝土的力学性能及耐久性。本文旨在针对制品混凝土脆性大、易开裂、韧性差的问题,研究了影响制品混凝土脆性、韧性的不同因素,并提出相关的减脆、增韧措施。本文依托国家重点研发计划项目“长寿命混凝土制品关键材料及制备技术(NO.2017YFB0310000)进行的主要工作及主要创新成果如下:(1)研发晶种早强剂,采用溶液反应法,制备出较为纯相的C-S-H晶种,在水泥净浆、砂浆中掺加制备的晶种悬浮液,通过力学性能(抗折、抗压)、XRD、DLS、水化热、Si NMR等测试手段探究了晶种的结构和性能特征,确定了其最佳合成温度及龄期。结果表明,水浴55℃能够加速C-S-H晶种的合成与生长,常温合成1d和水浴55℃合成12h的C-S-H晶种对于早期强度提升更加明显。基于晶种加速水泥水化的反应机理和相关实验数据对晶种早强剂如何提升制品混凝土早期强度做出了合理解释。(2)针对制品混凝土脆性较大、易开裂等问题,在了解混凝土脆性破坏原因的基础上,掺加晶种早强剂,通过抗压、落锤冲击等试验,研究了配合比、矿物掺合料、养护制度、聚合物和纤维等因素对制品混凝土基本力学性能及抗冲击性能的影响。结果表明,水灰比从0.32降到0.25能提升初裂破坏冲击次数;掺加12%粉煤灰较其他矿物掺合料能明显提升韧性;随着蒸养温度的提升冲击韧性降低;5%掺量的聚合物丁苯乳液可显著提升试块抗冲击性能,但掺量继续增加则效果有所减弱;PVA-钢混杂纤维较单掺钢纤维或PVA纤维有更好的增韧效果。在合理的范围内,这些增韧措施都能够使制品混凝土的脆性得到明显的改善。(3)在微观测试方面,采用XRD、Si NMR、SEM、低场核磁-孔径测试、显微硬度、纳米压痕等技术对制品混凝土的水化产物组成、微观形貌、孔结构、微观力学行为、纳米力学行为进行了探究,揭示了制品混凝土的增强、增韧机制。结果表明,无论是C50混凝土还是C80混凝土,显微硬度随着温度的升高而降低。与标准养护相比,制品混凝土水化产物的弹性模量及硬度都较低。(4)利用溶液反应法合成性能优异的纳米晶核作为一种早强剂掺入水泥基材料来提高混凝土早期强度,结合聚合物丁苯乳液、PVA-钢混杂纤维,从纳米晶核、聚合物到混杂纤维形成一种水化产物原位增韧、聚合物成膜、纤维增强等多尺度增韧技术。