组合养护与内养护剂对超高性能混凝土水化产物演化的调控及性能优化机理

Since the requirements of optimization of properties of ultra-high-performance concrete (UHPC in short), simplification of curing equipments and convenience for engineering applications, this project intends to study the UHPC of 200 MPa strength grade and above. Varying combinations of heat curing conditions in the first (i.e. heating mode, temperature and duration) and the second (i.e. temperature and duration) periods are set up for preparing UHPC. The mechanical properties and microstructure are determined. Meanwhile, the balance between C-S-H gel and crystal can be obtained by the identification of hydration degree, types and quantities of hydrates, thus establishing the quantitative relation between the balance of gel-crystal and mechanical properties of UHPC. According to the above results, UHPC incorporating internal curing agent should be prepared under the combined curing regime. Moreover, the quantitative relation between the balance of gel-crystal and mechanical properties of UHPC under an interaction between the combined curing and internal curing agents will be identified, based on the determination of mechanical properties and microstructure of UHPC. In addition, the changing of vapor pressure inside UHPC and release efficiency of sustained water from internal curing agent can be monitored constantly during the combined curing by embedding a pressure sensor in a specimen. As a result, the control effect of combined curing and internal curing agent on the evolution of hydrates within UHPC and the hydration theory of cementitious materials in UHPC under the condition of high temperature steam can be proposed, so as to establish the mechanism and a method for optimizing properties of UHPC.

鉴于超高性能混凝土（Ultra-High-Performance Concrete, UHPC）性能优化、养护设备简化、便于工程应用需要，本项目拟研究C200及以上强度UHPC。设置不同的前期热养护条件（加热方式、温度、时间）与不同的后期热养护条件（温度、时间）组合，制备UHPC，测定力学性能和浆体微观结构，确定水化反应程度、水化产物种类与数量，确定C-S-H凝胶-晶体平衡状态，建立组合养护条件与凝胶-晶体平衡、力学性能之间定量关系。基于此，加入内养护剂，制备UHPC，进行组合养护，测定浆体微观结构和力学性能，确定内养护剂与组合养护共同作用下C-S-H凝胶-晶体平衡态与UHPC力学性能之间的定量关系。在试件内部埋设传感器，实时监测养护过程中UHPC内部蒸汽压变化和内养护剂持续释放水分的效能。提出组合养护和内养护剂对水化产物演化的调控作用和高温蒸汽中UHPC水化理论，建立性能优化机理和方法。

鉴于超高性能混凝土（Ultra-high performance concrete, UHPC）性能优化、设备简化、工程应用的需要，本项目研究组合养护制备C200及以上强度UHPC。.. 结果表明，组合养护可有效提高力学性能，使抗压强度达到200MPa以上。不同尺度纤维混杂是改善UHPC的有效途径。通过改变纤维的类型（钢纤维、聚合物纤维、矿物纤维等）、尺寸和掺量等多种因素，更好地实现UHPC应变硬化和多缝开裂的可能。.. 在组合养护条件下，掺氢氧化钙有助于改善UHPC抗压强度与劈裂抗拉强度。在本研究条件下，当氢氧化钙掺量为5 %时，提高了抗压强度和劈裂抗拉强度，其机理是氢氧化钙与掺合料中的SiO2反应生成C–(A)–S–H凝胶。在组合养护条件下，部分C–(A)–S–H凝胶向托勃莫来石或硬硅钙石等晶体相转变，填充混凝土基体孔隙、提高混凝土密实度，托勃莫来石与硬硅钙石具有更高的强度，提高了UHPC力学性能。.. 聚乙烯亚胺(Polyethyleneimine, PEI)涂层钢纤维具有良好的二氧化碳捕获能力。在干热组合养护条件下，捕获CO2 PEI涂层钢纤维提高了UHPC力学性能，是由于UHPC内部形成的高温蒸汽环境促使涂层钢纤维表面的CO2被释放出来，与水泥水化产物或水泥熟料、水反应，生成碳酸钙和C–S–H凝胶，优化了UHPC微观结构。.. 采用了热水-干热组合养护处理再生骨料后，再生混凝士的抗压强度、劈裂抗拉强度、断裂能均有明显改善，基本和天然骨料混凝土持平，而抗氯离子渗透性能虽得到改善，但与NAC相比仍存在一定差距。在热水-干热组合养护基础上采用高掺量的纳米材料后，再生混凝土的力学性能甚至超过了天然骨料混凝土。.. 最新发现，采用矿渣-硅灰-电石渣作为胶凝材料，在组合养护条件下可以制备出满足强度要求的无水泥、无激发剂的新型UHPC。随着硅灰掺量的增加，UHPC强度进一步提升，当硅灰掺量为15 %时，抗压强度为132.2 MPa。.. 还发现热养护也带来了随龄期增长的强度倒缩现象，这种强度倒缩现象亟需开展进一步的深入研究，以解决热养护制备大掺量矿物掺合料UHPC的技术瓶颈问题。.. 这些研究结果对于优化UHPC制备技术，建立优化机理，探索符合双碳目标的新型UHPC，具有重要的科学意义。