高温养护对活性粉末混凝土力学性能的影响研究.pdf

2 0 1 4年第 2期 2月 混 凝 土 与 水 泥 制 品 C HI NA C ONC RET E AND C EMEN T P R0DUC T S 2 0 1 4 No 2 F e b r u a r y 高温养护对活性粉末混凝土 力学性能的影响研究 郭 鹏 程永 刚 ( 1 西安鹏吴建材有限公司， 7 1 0 0 2 1 ； 2 陕西恒立混凝土公司 ， 渭南 7 1 4 0 0 0 ) 摘要： 研究了高温养护( 8 0 C热水养护及后续2 0 0 3 0 0 C温烘箱养护) 对活性粉末混凝土( RP C) 力学性能 的影响。结果表明 ， 烘 箱高温养护显著提 高了 R P C混凝土 的抗压 强度 ， 而一定程度上 降低 了抗折强度。通过对高温 养护下失水量、 硅酸盐聚合程度、 水化产物能谱分析、 孔体积及界面过渡区的研究， 认为高温养护过程 中， 水泥基体 中硅酸盐聚合度提高 部分水化硅酸钙转变成了硬硅钙石， 有利于抗压强度的提高。而烘箱高温养护减弱了界面结 合 强度 使得 抗折强度下降 。 关键词 ： 活性粉 末混凝 土； 高温养护 ； 力学性能 ； 界 面 Ab s t r a c t ： n l e e ff e c t s o f h i gh t e m p e r a t u r e c u ri n g f 8 0 h o t w a t e r c u ri n g a n d 2 0 0 3 0 0 C o v e n c u ri n g )o n t h e me c h a n i c a l p r o p e r t i e s o f r e a c t i v e p o w d e r c o n c r e t e ( R P C ) a r e s t u d i e d e r e s u l t s s h o w t h a t th e o v e n h i g h t e m p e r a t u r e c u ri n g c a n o b v i o u s l y i m p ro v e t h e c o m p re s s i v e s t r e n g t h o f R P C ， b u t d e c r e a s e t h e fl e x u r al s t r e n g t h t o s o m e e x t e n t T h r o u gh t h e res e arc h o n wa t e r l o s s u n d e r h i g h t e mp e r a t u r e ， p o l y me riz a t i o n d e g r e e o f s i l i c a t e ， e n e r g y s p e c t r u m a n a l y s i s o f h y d r a t i o n p r o d u c t s 。p o r e v o l u me a n d ? i n t e r f a c i al t r a n s i t i o n z o n e ，i t i s c o n s i d e r e d t h a t d u ri n g t h e h i g h t e mp e r a t u r e c u ri n g ，t h e p o l y me r i z a t i o n d e g r e e o f s i l i c a t e i s i mp rov e d ，s o me h y d r a ti o n s i l i c a t e c alc i u m t u rns t o x o n o t l i t e ，wh i c h i s b e n e fi c i al t o i mp rov i n g t h e c o mp r e s s i v e s t r e n h Ho we v e r ,t h e o v e n h i g h t e mp e r a t u re c u ri n g d e c rea s e s t h e i n t e r f a c i al s t r e n flh ， wh i c h ma k e s t h e fl e x u r a l s t ren g t h d e c r e a s e K e y w o r d s ： R e a c ti v e p o w d e r c o n c r e t e ( R P C ) ； H i gh t e m p e r a t u re c u ri n g ； M e c h a n i c al p ro p e rt i e s ； I n t e rf a c e 中图分 类号 ： T U5 2 8 3 1 文献标识码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 0 堋7 ( 2 0 1 4 ) 0 2 0 1 0 4 0前 言 活 性 粉 末 混 凝 土( r e a c t i v e p o w d e r c o n c r e t e 。 R P C) 是一种新型水泥基材料 ， 具有高强、高韧性及 高耐久性等性能 ， 使其在土木、 石油 、 核电、 市政 、 海 洋 等 工 程 及 军 事 设 施 中有 着 广 阔 的 应 用前 景 。 R i c h a r d和 C h e y r e z y最早提 出活性 粉末混凝 土 ， 其 特点是： 消除粗骨料 ， 以提高均匀性 ； 通过优化 骨料配比和应用压力提升致密度； 通过后期热处 理改善其微观结构；引入钢纤维提高延展性； 添加活性掺合料 ( 硅灰 、 粉煤灰或矿渣 ) 提高火 山灰 反应 【 。 基体 和掺杂物对 复合材料 的性 能起 着主导作 用 。此外 ， 基体和掺杂物界面也会对复合 材料 的性 能起着至关重要的作用 。R P C混凝土由三相组成 ： 水泥浆组成 的基体 、骨料及基体骨料界面过渡区。 对于水泥浆基体 ， 水化及火 山灰反应高度依赖养护 温度及龄期 。 高温养护时雪硅钙石及硬硅钙石等水 化矿物 出现 ， 平均 C S H凝胶链长度 、 孔体积及孔 尺寸都会 随热处理 温度升高而增加 ； 同时 ， 破碎石 英反应活性也随处理温度升高而增加【 。对于界面 过渡区， 普通混凝土一般有 3 0 5 0 p , m的厚度 ， 同时 距骨料越 近 ， 孔 隙率越大嘲 ， 而对 于高性能混凝 土 ， 界面过渡区没有发现明显的孔隙结构嘲 。 到 目前为止 ， 还没有有关高温养护情况下混凝 土结构演变以及结构演变与性能之间关系的相关 报道。本文将从混凝土微观结构( 包括水泥浆基体、 界面过渡区) 出发 ， 分析高温养护对 R P C混凝土力 学性能的影响。 1 试验 过程 1 1 原材 料 水泥 ： 冀东水泥厂生产的 P 0 4 2 5级普通硅酸 盐水泥，粉煤灰含量 1 2 ， 3 d和 2 8 d抗压强度分别 是 2 7 8 MP a 和 5 1 8 MP a 。 硅灰 ：西安 某建材 有 限公 司生 产 ， S i O ： 含 量 9 2 5 8 ， 比表 面积 2 5 3 x 1 0 4 m2 k g ， 需 水量 比 1 1 2 ， 烧失量 2 4 6 。氯离子含量 0 0 1 6 ， 2 8 d活性指数 1 0 4 。 标准砂 ： 厦门某公司生产 的 I S O标准砂。 一 1 一 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 4年第 2期 混凝土与水泥制品 总第 2 1 4期 水 ： 饮用水。 聚羧酸减水剂 ： 江苏某公司生产 的标准型聚羧 酸 系减 水剂 ， 含 固量 3 5 。 钢纤维 ： 郑州某钢纤维有 限公司生产的镀铜钢 纤维 ， 长度 1 2 1 4 m m， 直径 0 1 8 0 2 3 ra m， 拉伸强度 2 8 5 0 MP a以上 。 1 2 试验制备及表征 按配合 比先将水和减水剂混合倒人搅拌锅 随 后将水泥倒入搅拌 ，变成浆体后再缓慢倒入硅灰 ， 在水 泥和硅灰搅拌再次变成浆体后倒人标 准砂和 钢纤维混合 物 ， 慢速搅拌 3 - 5 mi n ， 最后再快速搅拌 1 - 2 mi n 。 搅拌完后， 将浆料倒入 4 0 mm x 4 0 mm x l 6 0 m m模具 内， 在水泥胶砂振实台上振动成型。将模具 及试件移入养护室( 2 0 2 ) C 养护 2 4 h后脱模。脱模 后试件放置于水 中以 1 0 h速度升温至 8 0 ， 保 温 8 h ， 随后一部分试件放 于烘箱 内， 以 5 0 h速度 升至 2 0 0 3 0 0 C 保 温 8 h ， 温度降至室温后 取 出试 件。具体配比见表 1 。 表 1 R P C混 凝土组成及养护制度 根据 G B T 1 7 6 7 1 -1 9 9 9 ( 水泥胶砂强度检验方 法( I S O法) 测试抗压强度和抗折强度 。 根据混凝土 质量变化与原始水量之 比计算失水量 ， 中孔累积孑 L 体积由氮 吸附法( AS A P 2 0 2 0 M， Mi c r o m e r i t i c s ， U S A) 获 得 。采 用 红 外 光 谱( F T I R， I R P r e s t i g e 一 2 1 ， S h i m a d z u ， J a p a n )分析水 泥水化及火 山灰反应产物， 采 用场发射扫描电镜 ( F E S E M， Q u a n t a 6 0 0 F E G， F E I ， U S A) 及能谱 ( E D S ， I N C A， O x f o r d I n s t r u me n t ) 分 析水 泥基体及界面过渡区形貌及元素组成。 2 试 验 结果 与分 析 2 1 抗压强度和抗折强度 图 1和图 2是养护温度对 R P C混凝土抗压强 度和抗折强度的影响。 从 图 1 可以看出， 8 0 热水养 护 8 h后 R P C混凝 土抗 压 强度可 以达到 1 7 5 MP a 。 随 后经过 2 0 0 3 0 0 C 高温养护后 。抗压强度提高了大 约 2 3 4 9 MP a ，分 别 达 到 了 1 9 8 MP a 、 2 2 4 MP a和 2 0 9 MP a 。值得注意的是 ， 在养护温度达到 3 0 0 C 时 ， 抗压强度略有降低 。抗折强度随养护温度升高呈现 一 2 一 憩 养护温度， 图 1 养护温度对抗压强度的影响 出了不一样 的变化趋势 ， 8 0 热水养 护 8 h时 R P C 混凝 土抗折强 度最高 ， 为 2 2 MP a ， 高温养 护后抗折 强度 明显下降 ，当养护温度为 2 0 0 C、 2 5 0 ( 2 、 3 0 0 C 时， 抗折强度为 1 9 MP a 、 1 9 MP a和 1 8 MP a 。关于养护 温度对抗压强度和抗折强度 的影响已有一些报道 ， T a i 等人测试 了 R P C混凝土在高温下的剩余强度 ， 发现温度在 2 0 0 3 0 0 C 时剩余强度上升 ， 超过 3 0 0 C 时剩余强度明显下降同 。 Wa t a n a b e等人发现 ， 普通混 凝土和纤维增强高强混凝土在加热至 2 0 0 C以上时 剩余压缩及抗折强度都会下降， 同时两种混凝 土抗 压强度下降幅度相等 ， 而纤维增强高强混凝土剩余 抗折强度 比普通混凝土下降更多【8 J 。在骨料保持不 变 的情况下 ， 本 文将从混凝 土微观结构 ， 包 括失水 量 、 孔体积 、 水 泥浆基体 和界面过渡层形貌等角度 进行分析。 2 2 失水量 混凝土中掺入的水经过水化 和火 山灰反应 ， 以 游离水和结构水的方式存在 ， 高温养护过程 中失水 善 醴 辖 养护温度， 图 2 养护温度对抗折强度 的影响 加 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m