养护制度和硫酸盐侵蚀对超高性能混凝土性能与微结构的影响

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养护制度和硫酸盐侵蚀影响超高性能混凝土(UHPC)胶凝材料水化进程,进而影响水化硅酸钙、含铝相等水化产物微结构形成与演变机理,水化产物的组成和微结构是混凝土的基本单元,决定了其力学性能和耐久性能。论文依托国家自然科学基金海峡基金项目“超高性能混凝土制备与工程应用基础研究”(U1305245)和国家973计划项目课题“严酷环境下长寿命混凝土材料微结构形成与调控”(2015CB655101),运用29Si和27Al核磁共振(MAS NMR)、XRD、SEM、MIP等先进测试技术,研究了养护制度和硫酸盐侵蚀对UHPC胶凝浆体微结构的影响,探讨了UHPC性能与微结构的关系。主要研究成果如下:1、研究了养护制度对水泥-硅灰体系UHPC水化硅酸钙、含铝相等水化产物的微结构形成与演变规律。标准养护条件下,UHPC水化产物主要为C-S-H、CH、AFt、AFm和TAH,随着龄期的增长,C-S-H结构的Al[4]/Si逐渐减小,平均分子链长(MCL)逐渐增大。80℃蒸汽养护48h后,在标准条件下继续养护至不同龄期的养护制度下,UHPC水化产物为C-S-H、CH、AFt、AFm和TAH,随着龄期的增长,C-S-H凝胶的Al[4]/Si逐渐减小,平均分子链长先增大后减小,再增大;3d7d是硅灰与Ca(OH)2反应占主导,促进硅氧四面体二聚体向多聚体转变,提高C-S-H的MCL;7d28d水泥水化占主导地位,Si-O二聚体增多,MCL降低,28d后硅灰与Ca(OH)2反应继续占主导,MCL增大。210℃、2MPa压蒸养护8h后,UHPC水化产物主要为tobermorite、CH和TAH;在标准条件下继续养护,水泥和硅灰水化产生的C-S-H凝胶增多,TAH结合浆体中的SO42-,转化成AFm和AFt,水化硅酸钙的MCL先减小后增大,Al[4]/Si逐渐减小。2、对比分析了不同养护制度UHPC达到相同强度时微结构,探讨了UHPC力学性能与微结构的关系。不同养护制度UHPC达到相同强度时,水泥水化程度αc和硅灰反应程度αSF:标准养护>80℃蒸汽养护≈压蒸养护;C-S-H聚合度和MCL:压蒸养护>80℃蒸汽养护>标准养护;Al[4]/Si:压蒸养护>80℃蒸汽养护>标准养护;孔隙率:标准养护>80℃蒸汽养护>压蒸养护;水化产物种类:标准养护和80℃蒸汽养护包括C-S-H、CH、AFt、AFm和TAH,压蒸养护为tobermorite、CH和TAH。UHPC力学性能不仅取决于水化硅酸钙结构、数量和水泥石的孔结构,还与含铝相水化产物种类有关。3、研究了硫酸盐侵蚀对不同养护制度的超高性能胶凝浆体水化产物微结构演变的影响。硫酸盐侵蚀180d对水胶比0.35、掺加矿粉高强混凝土C-A-S-H具有明显脱铝作用,而对三种养护制度下UHPC胶凝浆体C-A-S-H脱铝作用较弱,同时提高了水泥水化程度,C-S-H凝胶MCL和Al[4]/Si略有降低;硫酸盐侵蚀对压蒸养护的UHPC含铝相水化产物的影响,较标准条件和80℃蒸汽养护显著,硫酸盐侵蚀促进压蒸养护的UHPC中TAH向AFt和AFm转化。本文的研究成果为UHPC的微结构的优化与调控,进而提升混凝土性能提供了参考依据。
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