玄武岩石粉高性能混凝土性能及微观结构研究

作     者：成功 

作者单位：浙江大学 

学位级别：硕士

导师姓名：闫东明

授予年度：2022年

学科分类：08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 

主      题：玄武岩石粉 高性能混凝土 工作性能 力学性能 耐久性能 微观结构 

摘      要：高性能混凝土是一种强度高、耐久性能好的混凝土材料。但其水泥用量较大,水化热较高,收缩问题严重,且制备成本高、能耗大,难以取代普通混凝土。由于高性能混凝土中存在大量未反应胶凝材料,从经济和环保角度,有必要降低其中的胶凝材料用量。考虑到玄武岩力学性能优良、原料广泛、潜在活性较高,因此可以作为高性能混凝土中未反应胶凝材料的替代组分。本文制备了低成本、低能耗的玄武岩石粉高性能混凝土,研究了其工作性、力学性能和耐久性的变化规律,分析了不同石粉替代率、石粉粒径对玄武岩石粉高性能混凝土宏观性能的影响,并结合场发射扫描电镜、X射线衍射分析和压汞分析等微观表征技术,从微观角度分析了玄武岩石粉高性能混凝土宏观性能的变化机理。得到如下结论:(1)玄武岩石粉替代率和石粉粒径对玄武岩石粉高性能混凝土的工作性能影响存在正向耦合关系。玄武岩石粉粒径和替代率增加,均使得玄武岩石粉高性能混凝土的流动度和凝结时间增加,且两者相互促进。拌合物自由水减少、颗粒形貌随粒径改变是形成该现象的主要原因。(2)玄武岩石粉的填充效应和潜在活性可以增强高性能混凝土的致密度,对力学性能有积极作用,且随着石粉粒径减小效果增强。标准养护和高温水浴条件下小粒径石粉活性较高,能够在30%替代率下保持力学强度;而高温水浴条件能够更好激发玄武岩石粉的潜在活性,在30%替代率下仍可达到与基准组相近性能;蒸压养护条件下,石粉粒径的影响不再显著,力学强度主要由替代率控制。(3)养护制度对玄武岩石粉高性能混凝土的耐久性存在显著影响。随着养护制度从标准养护、高温水浴到蒸压养护,高性能混凝土抗氯离子扩散性能得到明显提高。此外,替代率对耐久性影响也较大,随替代率增加抗氯离子扩散性能逐渐降低。30%替代率下,石粉粒径对高性能混凝土抗氯离子扩散性能影响较小。(4)从工作性能、力学性能、抗氯离子扩散性能、经济效益和环保效应角度综合考量,在90℃恒温水养制度下选用小粒径玄武岩石粉替代30%的胶凝材料制备高性能混凝土是最合适的选择。