超细矿物掺合料对高强耐热混凝土力学性能的影响

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为了提升高强耐热混凝土的力学性能,确保高温热处理后混凝土建筑材料的安全性,拓展其在非常温领域内的应用,同时实现固体废弃物的资源化利用。本文从耐热混凝土的特性及其设计要求出发,总结了目前耐热混凝土力学性能的发展现状,以及存在的问题。在此基础上,创新性提出采用超细矿物掺合料制备高强耐热混凝土,研究多种超细矿物掺合料对耐热混凝土的力学性能的影响及其作用机理,以期开发出性能更加优异的高强耐热混凝土应用于工程实际中。本文采用单因素实验,以400℃为目标温度,通过调整超细矿物掺合料的复配参数以及选取不同粗骨料制备高强耐热混凝土。以常温强度和残余强度作为指标,研究了用超细矿物掺合料制备高强耐热混凝土的可行性。以残余强度、热强度为指标,测试混凝土的高温力学性能,得到所有耐热混凝土方案中的最佳设计,随后探究其在更高温度条件下的(600、800、1000℃)力学性能变化。采用SEM、XRD对试样浆体进行微观分析,探究超细矿物掺合料对力学性能的作用机理。实验结果表明:掺超细矿物掺合料,可以制备出耐热度为600℃的普通硅酸盐高强(≥100MPa)耐热混凝土,高温热处理过程中无爆裂发生。未掺加超细矿物掺合料的试样,耐热度仅为400℃,且随着热处理温度的升高,结构劣化加快,使得混凝土力学性能大幅度退化;超细粉煤灰的使用可以优化浆体微观结构且在热处理过程中生成耐高温相,使得混凝土力学性能不降反升,但掺量过高容易引起早期强度下降;超细粉煤灰与Ⅰ级粉煤灰复掺使用,会使得常温力学性能降低,但是混凝土残余强度提升;进一步复掺偏高岭土,可以加快混凝土浆体的水化反应,且在热处理过程中生成大量耐高温相,且此过程会修复部分热处理造成的缺陷,使得混凝土耐热度达到600℃(83.5MPa),但是Ⅰ级粉煤灰掺量不宜超过30wt.%,否则力学性能开始下降。硅灰等量替代配方中的超细粉煤灰,可以明显提升材料的力学的常温力学性能,但是混凝土的工作性能下降,而且在高温热处理过程中极易发生爆裂,同其他超细矿物掺合料复配使用时,其掺量需要严格控制。对高强混凝土安全性以及其力学性能进行对比分析,选择耐热性能最优的设计方案,确定最优配比参数:普通硅酸盐水泥用量390kg/m~3,超细粉煤灰掺量为10wt.%,Ⅰ级粉煤灰掺量为20wt.%,偏高岭土掺量为5wt.%,石英砂634 kg/m~3,玄武岩1126kg/m~3,减水剂掺量为1 wt.%,水胶比为0.21,砂率为0.36。
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