高流态超高性能混凝土的制备及性能研究.docx

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1、引言UHPC作为未来混凝土的重要发展方向之一，已经在预制构件、桥面铺装、墩柱加固等工程中得到了成功应用。但是，由于UHPC的超高性能要求，往往需要牺牲自身的工作性，且需要通过加压成型、蒸压养护等改善性能的措施，使UHPC达到优越的耐久性能和力学性能，而这些改善措施具有局限性，从而限制了UHPC在实际工程中的大范围应用推广，因此，本文针对高流态UHPC的配制技术开展试验研究，旨在为其进一步应用推广提供一定的借鉴。1原材料水泥：山东产52.5硅酸盐水泥。硅灰：贵州产高品质硅灰，SiCh含量95%.粉煤灰：河南大唐产I级粉煤灰。矿粉：S95级矿粉。石英砂：广东产4080目石英砂。聚竣酸减水剂：UHP

2、C专用减水剂,减水率35%。钢纤维:镀铜微丝钢纤维抗拉强度2800MPa水：自来水。2、试验方法及配合比采用常规搅拌工艺，按配合比称取粉料倒入搅拌锅后添加水和外加剂，搅拌至流态状后加入钢纤维，搅拌3min以上直至均匀。在标准养护条件下对混凝土进行养护。按照GB/T24192005水泥胶砂流动度测定方法测定UHPC拌合物的流动度；按照GB/T176711999水泥胶砂强度检测方法测定UHPC拌合物的7d及28d抗压、抗折强度。UHPC基体的基准配合比见表Ie表1UHPC基准配合比卧砒注水胶比水泥矿粉硅灰钢纤维石英砂/(kg/m_M加/睚水服“Z(kgm3)/(kgm3)/(kgm3)/(kgm3

3、)/(kgm3)40目60目80目/(kg/m:1:10.18650200150-52502501.8169研究不同胶砂比（0.7、0.9、1.1.1.3）,不同水胶比（0.15、017、0.19、0.211）、不同硅灰掺量（0.10%、0.15%、0.20%、0.25%）s不同钢纤维掺量（0.07%、0.09%、0.11%、0.13%）对UHPC流动性和强度的影响。表2为试验设计因素表。表2试验设计因素表因素-水平1234胶砂比0.700.901.101.30水胶比0.150.170.190.21硅灰掺量/%0.100.150.200.25钢纤维掺量/%0.070.090.110.133、结

4、果分析3.1胶砂比对UHPC流动性及强度的影响UHPC的胶砂比直接影响了UHPC结构的匀质性，试验结果见表3、图1、图2。表3胶砂比因素试验结果胶砂比流动度.mm抗压强度/MPa抗折强度/MPa7d28d7d28d0.7165100.3121.418.619.20.9190102.4126.520.321.41.1270110.3133.621.422.11.3285105.7129.219.521.13000.70.80.91.01.11.21.3胶砂比图1不同胶砂比下UHPC的流动性280260240220200180160140Bd1lpz由图1可知，随着胶砂比的增大，UHPC的流动性显

5、著变好，主要原因一是减水剂掺量为胶凝材料的1.8%,减水剂的总量随着胶凝材料总量增加而增加，因此，胶砂比越大胶凝材料越多，减水剂总量就越多，起到的分散效果越好，从而UHPC整体流动性就越好；二是胶砂比较小时，减水剂总量较少，集料总量较多，会吸附减水剂，从而使UHPC整体流动性下降明显。由图2可知，胶砂比介于0.713时，UHPC的强度呈先增大后减小的变化规律，在胶砂比为1.1时强度值达到峰值。一般来说，适量提高集料用量对混凝土的抗压、抗折强度是有提高作用的，而试验结果与理论有较大出入，可能原因是胶砂比为0.7、0.9时，由于集料吸附减水剂使UHPC整体流动性下降明显，成型时集料过多使得浆体难以

6、填满孔隙，试件内气泡较多而导致强度降低。从UHPC拌合物的工作性和强度角度考虑，胶砂比宜介于0.9-1.Ie3.2水胶比对UHPC流动性及强度的影响水胶比因素试验结果见表4、图3、图4。1u超后爆表4水胶比因素试验结果水胶比流动度.mm抗压强度/MPa抗折强度/MPa7d28d7d28d0.15145123.4142.522.423.70.17200120.2139.421.522.10.19250115.6128.220.421.70.2128098.3114.718.120.3图3不同水胶比下UHPC的流动性18-、16I11.IIIII.I0.150.160.170.180.190.20

7、0.21水胶比图4不同水胶比下UHPC的强度由图3可知，水胶比从0.15增大到0.21,UHPC的流动性从145mm增加到28Omnb水胶比对UHPC的流动性影响显著，水胶比为0.21时UHPC的流动性达到最大，并且可以自流平。由图4可知，UHPC的抗压、抗折强度整体趋势是随着水胶比的增加而下降。水胶比在0.150.21时，28d抗压强度从142.5MPa下降到114.7MPa,降低了19.5%,28d抗折强度从23.7MPa下降到20.3MPa,降低了14.3%,说明水胶比是UHPC强度关键影响因索。同时，我们发现，在水胶比较低时（0.15、0.17）,强度几乎不受水胶比影响。分析原因一是水

8、胶比低，胶凝体系中的自由水很少，自由水反应完之后，就不再进行水化反应生成C-S-H凝胶以及不发生火山灰反应这一点已有学者通过X射线衍射分析方法证实，低水胶比的混凝土衍射图中有C3S衍射峰，说明低水胶比的混凝土中依然有水泥颗粒未发生水化反应;二是水胶比较低时，混凝土拌合物的黏度很大，导致搅拌过程中带入的气泡难以排出，从而影响了强度的增长,因此水胶比低到一定程度时，如果拌合物流动性不好，降彳氐水胶比不一定能为提高试件强度做贡献。从UHPC拌合物的工作性和强度角度考虑，水胶比宜介于0.170.193.3硅灰掺量对UHPC流动性及强度的影响硅灰掺量因素试验结果见表5和图5、图6。Ei1v股后展表5硅灰

9、掺量因素试验结果硅灰/%流动度.mm抗压强度/MPa抗折强度/MPa7d28d7d28d0.1023098.4113.519.221.30.15260108.4124.720.422.10.20270113.7135.121.322.90.25240106.2120.319.821.4硅灰图5不同硅灰掺量下UHPC的流动性硅灰硅灰图6不同硅灰掺量下UHPC的强度由图5可知,硅灰掺量介于0.100.20时,UHPC的流动性从230mm增加到了270mm,流动性得到改善主要得益于硅灰的微填充效应，硅灰颗粒粒径极小，能够置换出UHPC颗粒间孔隙的自由水，并在水泥微粒之间充当滚球效应的作用网,从而不仅

10、可以起到增大浆体密实度的作用，还能提高浆体的流动性；硅灰掺量为025%时，流动性显著降低，可能原因为硅灰掺量过度饱和而无法起到填充作用反而影响了流动性。硅灰掺量宜介于0.15%0.2%之间。由图6可知，硅灰掺量为0.10%时，UHPC的28d抗压强度为113.5MPa,28d抗折强度为21.3MPa;硅灰掺量为0.20%时，UHPC的28d抗压强度为135.1MPa,28d抗折强度为22.9MPa,抗压、抗折分别提高了19.0%和7.5%,这是因为硅灰微填充效应增大了浆体密实度，从而提高了整体强度。硅灰掺量为0.25%时，强度不升反降，可能原因为硅灰掺量过度饱和而无法起到填充作用，反而影响了强

11、度。从UHPC拌合物的工作性和强度角度考虑，硅灰掺量宜介于0.15%0.2%。3.4钢纤维掺量对UHPC流动性及强度的影响钢纤维掺量因素试验结果见表6和图7、图8。表6钢纤维掺量因素试验结果钢纤维/%流动度，mm抗压强度/MPa抗折强度/MPa7d28d7d28d0.07260145.8168.425.826.80.09250150.7172.526.827.50.11245157.8183.428.429.80.13230154.3187.228.930.42600.070.080.090.100.110.120.13钢纤维图7不同钢纤维掺量下UHPC的流动性BdiA|、闺归PZed1Ipz

12、由图7可知，钢纤维掺量介于0.07%0.13%时，随着钢纤维掺量的增加，UHPC的流动性显著降低，主要原因可能是钢钎维作为UHPC组成的一个整体是需要浆体来包裹的，因此，在浆体一定时，钢纤维越多，流动性越差。由图8可知，UHPC强度的整体变化趋势为随着钢纤维掺量的增加而变大,钢纤维掺量介于0.07%0.13%时,UHPC的28d抗压强度从168.4MPa提高到187.2MPa,提高了11.1%,28d抗折强度从26.8MPa提高到了30.4MPa,提高了13.4%。存在异常数据情况的有:钢纤维掺量为0.13%时的7d抗压强度小于钢纤维掺量为0.11%的强度，异常数据产生的原因可能有两方面，一是

13、钢纤维过多，流动性较差，浆体无法填满孔隙，二是钢纤维过多，导致在UHPC拌合物中分散不均。从UHPC拌合物的工作性和强度角度考虑，钢钎维掺量宜介于O.09%0.11%之间。结论(1)胶砂比介于0.71.3时，胶砂比越大，UHPC的流动性越好；UHPC的强度随胶砂比增加而先增大后减小，在胶砂比为1。时强度达到峰值；从UHPC拌合物的工作性和强度角度考虑，胶砂比宜介于091.1(2)水胶比介于0.150.21时，水胶比越大，UHPC的流动性越好；抗压、抗折强度整体趋势为随着水胶比增加而降低，水胶比较低时，UHPC体系中的自由水和拌合物的流动性对强度影响较大；从UHPC拌合物的工作性和强度角度考虑，水胶比宜介于0.170.19(3)硅灰掺量介于0.10%0.25%时，UHPC的流动性和强度均呈先增大后减小的变化规律,均在掺量为0.20%时达到最好；从UHPC拌合物的工作性和强度角度考虑，硅灰掺量宜介于0.15%0.2%。(4)钢纤维掺量介于0.07%0.13%时，随着钢纤维掺量的增加，UHPC的流动性显著降低；抗压、抗折强度整体变化趋势为随着钢纤维增加而变大；从UHPC拌合物的工作性和强度角度考虑，钢钎维掺量宜