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远超于普通混凝土的强度和耐久性是超高性能混凝土(Ultra-high Performance Concrete,UHPC)这一新型建筑材料的特点,也是其受到青睐的原因。但是,UHPC在实际工程中并没有得到广泛应用,其主要因素之一是UHPC配比中包含大量水泥以及硅灰,但是它们的实际有效利用率仅有30%~40%,这就使得UHPC的生产成本十分昂贵,也大大地浪费了资源。此外,UHPC远高于普通混凝土的自收缩也是限制其广泛应用的因素之一。故而利用粉煤灰、粒化高炉矿渣等矿物掺合料取代部分水泥或硅灰是解决UHPC高成本、高自收缩的有效方法之一。然而,随着相关行业的快速发展,粉煤灰等矿物掺合料已出现区域性短缺现象——优质掺合料因量少而价高,价廉的掺合料品质无法保证。浮石是一种天然火山灰材料,在我国广泛分布,利用其制备UHPC是一种降低UHPC生产成本、减小自收缩的可能途径。
本文利用浮石粉取代部分水泥制备UHPC,研究了胶凝材料组成、水胶比等对UHPC流动性能、力学性能、收缩性能的影响。试验结果揭示:
①浮石粉对UHPC新拌浆体的流动性有负面影响。由于浮石粉具有粗糙多孔的微观结构,其粒径越小、掺量越大,UHPC的流动性越低。复掺粉煤灰或石灰石粉、增大水胶比均有利于弱化浮石粉对UHPC流动性的不利影响。
②热水养护(90℃养护72h)下,不同细度浮石粉对UHPC的强度影响不一致。单掺800目浮石粉时有利于提高UHPC的强度,而380目、1600目细度的浮石粉会降低UHPC强度。单掺800目细度浮石粉时,掺量为0%~20%范围内,UHPC的7d抗压强度在各掺量下均高于对照组(195.6MPa),且在浮石粉掺量10%时达到最大199.6MPa。单掺380目或1600目浮石粉时,掺量为0%~20%范围内,UHPC的7d抗压强度随掺量增加呈下降趋势。在掺有10%、20%浮石粉的基础上,复掺粉煤灰或石灰石粉均使得UHPC的7d抗压强度显著降低。
③热水养护制度下90d龄期时,单掺浮石粉和对照组UHPC抗压强度较28d抗压强度均有一定程度下降,但前者仍然略高于后者;复掺石灰石粉UHPC的90d抗压强度仍在降低,而复掺粉煤灰时的90d抗压强度较28d抗压强度则略有增长。
④单掺浮石粉有利于降低UHPC的早期(3d)自收缩。其早龄期自收缩随着浮石粉掺量的增加而减小,水化3d后,单掺浮石粉掺量为10%、20%的UHPC自收缩值比未掺浮石粉UHPC分别降低了22.6%、41.3%。这是由于浮石粉的多孔结构储存了一部分水起到内养护的作用。复掺石灰石粉或粉煤灰均能进一步降低单掺浮石粉UHPC的自收缩,但同等掺量下,粉煤灰对自收缩的抑制效果大于石灰石粉。
⑤单掺浮石粉有利于降低UHPC的干燥收缩。UHPC的干燥收缩随着浮石粉掺量的增大而减小。60d时,与对照组相比,浮石粉单掺量分别为10%、20%的UHPC干燥收缩分别降低了27.1%、43.4%。复掺粉煤灰能进一步降低掺有浮石粉UHPC的干燥收缩,而复掺石灰石粉对掺有浮石粉UHPC的干燥收缩抑制效果有限,甚至复掺量为20%时UHPC干缩值在后期略高于单掺浮石粉的UHPC。
⑥采用800目细度的浮石粉部分取代水泥制备UHPC是可行的,并能在一定程度上降低制备成本以及二氧化碳排放量。
本文利用浮石粉取代部分水泥制备UHPC,研究了胶凝材料组成、水胶比等对UHPC流动性能、力学性能、收缩性能的影响。试验结果揭示:
①浮石粉对UHPC新拌浆体的流动性有负面影响。由于浮石粉具有粗糙多孔的微观结构,其粒径越小、掺量越大,UHPC的流动性越低。复掺粉煤灰或石灰石粉、增大水胶比均有利于弱化浮石粉对UHPC流动性的不利影响。
②热水养护(90℃养护72h)下,不同细度浮石粉对UHPC的强度影响不一致。单掺800目浮石粉时有利于提高UHPC的强度,而380目、1600目细度的浮石粉会降低UHPC强度。单掺800目细度浮石粉时,掺量为0%~20%范围内,UHPC的7d抗压强度在各掺量下均高于对照组(195.6MPa),且在浮石粉掺量10%时达到最大199.6MPa。单掺380目或1600目浮石粉时,掺量为0%~20%范围内,UHPC的7d抗压强度随掺量增加呈下降趋势。在掺有10%、20%浮石粉的基础上,复掺粉煤灰或石灰石粉均使得UHPC的7d抗压强度显著降低。
③热水养护制度下90d龄期时,单掺浮石粉和对照组UHPC抗压强度较28d抗压强度均有一定程度下降,但前者仍然略高于后者;复掺石灰石粉UHPC的90d抗压强度仍在降低,而复掺粉煤灰时的90d抗压强度较28d抗压强度则略有增长。
④单掺浮石粉有利于降低UHPC的早期(3d)自收缩。其早龄期自收缩随着浮石粉掺量的增加而减小,水化3d后,单掺浮石粉掺量为10%、20%的UHPC自收缩值比未掺浮石粉UHPC分别降低了22.6%、41.3%。这是由于浮石粉的多孔结构储存了一部分水起到内养护的作用。复掺石灰石粉或粉煤灰均能进一步降低单掺浮石粉UHPC的自收缩,但同等掺量下,粉煤灰对自收缩的抑制效果大于石灰石粉。
⑤单掺浮石粉有利于降低UHPC的干燥收缩。UHPC的干燥收缩随着浮石粉掺量的增大而减小。60d时,与对照组相比,浮石粉单掺量分别为10%、20%的UHPC干燥收缩分别降低了27.1%、43.4%。复掺粉煤灰能进一步降低掺有浮石粉UHPC的干燥收缩,而复掺石灰石粉对掺有浮石粉UHPC的干燥收缩抑制效果有限,甚至复掺量为20%时UHPC干缩值在后期略高于单掺浮石粉的UHPC。
⑥采用800目细度的浮石粉部分取代水泥制备UHPC是可行的,并能在一定程度上降低制备成本以及二氧化碳排放量。