花岗岩石粉替代部分水泥的UHPC力学性能研究.docx

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1、花岗岩石粉替代部分水泥的UHPC力学性能研究0.引言超高性能混凝土(UItrahighperformanceCOnCrete简称UHPC),是一种超高强、高韧性、耐久性强和体积稳定性良好的水泥基复合材料，但由于其昂贵的价格，使其应用于工程实践受到很大的限制。近些年，许多研究者用钢渣等替代部分硅灰15,或者机制砂等母山】替代石英砂，矿渣等由倒替代石英粉，得到经济且性能优异的UHPC；且国内外关于花岗岩石粉的研究主要集中在将花岗岩石粉作为掺和料制备砖叱、陶瓷B-川、普通混凝士15的力学性能，耐久性及微观结构进行深入研究。然而，关于花岗岩石粉在UHPC中应用，没有见到文献报道，因此，对于花岗岩石粉在

2、超高性能混凝土中的应用是很有必要的。1 .原材料、配合比及试验方法1.1 试验材料水泥：采用炼石牌42.5R水泥，各项性能指标见表1,组分见表2,化学成分见表3o硅灰：采用西宁铁合金厂的硅灰，其中SiCh含量N90%,粒径为0.10.2m,平均粒径%.为0162m,表观密度PSF为2285kgm3,堆积密度为204kgm3,具体化学成分见表4。石英粉：石英粉主要是来自安徽省，其含量达到99.5%,需水量比89%。石英砂：采用建筑用砂(GB/T14684-20U)的标准测定，各项指标如表5所示。钢纤维：采用江西赣州大业钢丝厂制的表面镀铜光面平直钢纤维，直径约O150.2mm,长度13mm,见表6

3、。减水剂：福州创先工程材料有限公司生产的CX-8聚竣酸酯高效减水剂。根据混凝土外加剂(GB8076-2008)标准检测，主要性能指标如表7所示。水：水是取自福建同利建材厂，质量符合国家标准混凝土拌合用水标准(JGJ63-2006)的要求。花岗岩石粉：花岗岩石粉产自福建省连江县。XRF分析花岗岩石粉主要化学成分，花岗岩石粉密度2760kg?,需水量比93%,见表8。比表面积烧失量凝结时间（min）抗压强度（MPa）抗折强度（MPa）(m3kg)(%)初凝终凝3d28d3d28d3601.0612518527.5455.78.4表2水泥的矿物组分水泥组分熟料二水石膏粉煤灰石灰石矿渣含量（）82.5

4、5.54.04.04.0表3水泥的化学成分化学成分SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgOSO3其他含量（）24.866.453.1053322.052.557.67表4硅灰主要化学成分成分SiO2Fe2O3MgOAl2O3CaOK2OEC烧失量含量（）97.570.020.050.060.030.780.382.26表5石英砂物理及化学指标物理指标化学成分（）材料目数粒径熔点密度SiO2Fe2O3（目）(m)()(gcm5)石英砂10012012015018002.6699.20.02表6钢纤维各项性能指标纤维种类长度（mm）直径（mm）长径比抗拉强度（MPa）圆直型130.2652000表

5、7CX-8聚竣酸减水剂技术指标氯离子水泥净浆外观减水率密度PH值固含量总碱量甲醛含量含量流动度(%)(g/ml)(%)(%)(%)(%)(mm)黄色251.080.027+130l0.2100.05240液体表8花岗岩石粉的化学成分项目烧失量（%）SiO2(%)Al2O3(%)Fe2O3(%)CaO(%)MgO(%)K2O(%)Na2O(%)花岗岩0.7283.212.021.762.310.543.394.72石粉1.2 试验配合比设计研究花岗岩石粉的化学活性，采用试验配合比，见表9；研究花岗岩石粉等量取代水泥对UHPC力学性能影响，试验配合比见表IOo表9花岗岩石粉蒸压养护下化学特性研究配

6、合比配合比水泥花岗岩石粉减水剂TO100%O2.5%T595%5%2.5%TlO90%10%2.5%T1585%15%2.5%T2080%20%2.5%T2575%25%2.5%注：T表示花岗岩石粉替代水泥；0、5、10、15、20和25表示花岗岩石粉替代水泥替代率；减水剂掺量为水泥量的2.5%：WB=0.I8表10花岗岩石粉等量取代水泥配合比（单位：kgn）配合比水泥硅灰石英砂石英粉花岗岩石粉减水剂水钢纤维WO701.52210.46820.78259.56O17.54164.16156.00W5666.44210.46820.78259.5635.0817.54164.16156.00Wl

7、O631.37210.46820.78259.5670.1517.54164.16156.00W15596.29210.46820.78259.56105.2317.54164.16156.00W20561.22210.46820.78259.56140.3017.54164.16156.00W25526.14210.46820.78259.56175.3817.54164.16156.00注：减水剂用量为水泥的2.5%；水股比为0.18；0、5、10、15、20和25表示花岗岩石粉替代水泥替代率;钢纤维掺量为2%1.3 试验方法1.3.1 搅拌方式减水剂溶于水中，搅拌均匀。将水泥、硅灰、石英

8、粉、花岗岩石粉和石英砂倒入搅拌锅内，先预搅拌3min,然后加入90%溶有减水剂的水，搅拌3min；倒入剩余的溶有减水剂的水，再搅拌3min；最后加入钢纤维搅拌35min0成型及养护。成型：试样搅拌完成后，将拌合物浇筑于40mm40mm160mm的胶砂试模中，浆体在砂浆振动台上振动120次，拌合物成型后对其进行抹面，标准养护24h后拆模。蒸压养护：试件制备完成静置24h后拆模，拆模后转入蒸压釜中进行蒸压养护（抽真空半小时，升温升压1小时，恒温恒压6小时，降压2小时，恒温温度为190200C,恒压压力为1.2MPa）,蒸压养护后转入标准养护室与采用标准养护的试件进行同条件养护至规定龄期。1.3.2

9、测试方法1.3.2.1流动度试验按照水泥胶砂流动度测定方法(GB2419-1999)进行测定。1.3.2.2强度试验测定试件均采用尺寸为40mmX40mmX160mm的试件，蒸压养护、龄期为28d的试块进行强度试验。其抗压强度与抗折强度参考规范水泥胶砂强度检测方法(GB/T17671-1999)规定进行。1.3.2.3XRD试验采用福州大学化肥催化剂国家工程研究中心的X/PertProMPD型X射线粉末衍射仪，2。测量范围：0167。，采用连续扫描方式。蒸压养护、养护龄期28d时，选取敲碎后的小试块，用无水乙醇终止水化，试验前将试块用玛瑙研钵研磨至细度无颗粒感，并在60C下烘干至恒重，进行XR

10、D试验。1.3.2.4FSEM-EDS试验采用福州大学化肥催化剂国家工程研究中心的场发射扫描电子显微镜对水化产物、界面过渡区进行观察。蒸压养护、养护龄期28d时，选取敲碎后的小试块，用无水乙醇终止水化。试验前，将试块在烘干箱中60至恒重，并用高压离子溅射仪对表面镀金膜后置于电子显微镜下观察。1.3.2,5孔结构试验采用福州大学化肥催化剂国家工程研究中心的ASAP2020M全自动比表面及微孔孔径分析仪进行孔结构试验。蒸压养护、养护龄期28d时，选取敲碎后的小试块，用无水乙醛终止水化。试验前，将样品破碎，取大约0.1克左右样品，将其放入烘干箱中U(TC约2小时，记录空管与塞子总质量，进行脱气，记录

11、空管、试块和塞子总质量，再进行孔结构测试。1.3.2.6核磁共振试验采用中国科技大学理化科学实验中心的Bruker生产的AV400核磁共振谱仪配备的4.0mm固体(CPMAS)核磁探头，可采用魔角旋转技术(MagiCAngleSpinningMAS)进行测试。2.试验结果及分析2.1花岗岩石粉的物理活性和化学活性分析花岗岩石粉和水泥的粒径分布，试验结果如图IoCa(OH)2的相对含量的试验结果如图2o配合比TO和T25蒸压养护条件下的水化产物的微观形貌见图3、图4。图1粒径分布图图2 Ca(OH)2相对含量变化规律注：、K分别为花岗岩石粉替代水泥的替代率、Ca(OH)2的相对含量；Ca(OH)

12、2的相对含量=Ca(OH)2的实际测值/此替代率下水泥的质量图3 TO水化产物微观形貌图4 T25水化产物微观形貌从图1可知，水泥和花岗岩石粉的粒径分布范围均主要在1m100m之间，花岗岩石粉分布相对比较均匀；水泥相对比较集中，存在大颗粒；水泥和花岗岩石粉的中值粒径d(0.5),花岗岩石粉颗粒的中值粒径为18.642m,水泥的颗粒的中值粒径为22.699m;花岗岩石粉的中值粒径小于水泥。从图2可知，采用了相对含量，消除了水泥量减少而造成的氢氧化钙减少的量；随着花岗岩石粉替代水泥替代率的增加，Ca(OH)2的含量显著下降；主要因为蒸压条件下，花岗岩石粉中活性的SiCh会与水泥水化产生的Ca(OH

13、)2发生二次水化反应，生成托勃莫来石晶体，导致Ca(OH)2的量下降。图3和图4可知，花岗岩石粉替代水泥的替代率为O(TO)和花岗岩石粉替代水泥的替代率25%(T25),蒸压养护后，水化产物主要是托勃莫来石晶体，花岗岩石粉的加入并没有观察到新的水化产物生成2.2花岗岩石粉替代部分水泥的UHPC流动性的影响不同花岗岩石粉替代率对UHPC的流动性影响，如图5。图5花岗岩石粉取代率对UHPC流动度变化规律注：尸代表流动度：3代表花岗岩石粉取代水泥的取代率从图5可以看出，随着花岗岩石粉取代率从O增加至25%时，UHPC流动度增加；这是因为花岗岩石粉的平均粒径比水泥更小，填充效应更强，具有更低的孔隙率，

14、自由水增加；另外，花岗岩石粉的需水量比为93%,与水泥相比需水量少；且水泥的粘度大于花岗岩石粉。所以，随着花岗岩石粉替代率的增加，流动度上升。2 .3花岗岩石粉替代部分水泥的UHPC抗压强度与抗折强度影响蒸压养护制度下，不同花岗岩石粉取代率对UHPC抗压强度与抗折强度的影响，如图6和图7。图6花岗岩石粉取代率对抗折强度变化规律图7花岗岩石粉取代率对抗压强度变化规律从图6至图7可知，UHPC各龄期的抗压强度和抗折强度随着花岗岩石粉取代率的增加呈现出不同幅度的变化。养护龄期为3d、7d和28dUHPC的抗折强度随着花岗岩石粉取代率的增加，抗折强度先增加后下降，均在花岗岩石粉替代率为15%时，抗压强度和抗折强度达到最大值。蒸压养护、养护龄期为28d时，WO、W15和W25UHPC水化产物及水泥石基体与骨料的微观形貌，如图8至图16；图9、图12和图1