養(yǎng)護(hù)條件對(duì)UHPC強(qiáng)度和毛細(xì)吸水性的影響

施范鏵, 賀智敏*, 劉 暢, 魏玲玲, 巴明芳

養(yǎng)護(hù)條件對(duì)UHPC強(qiáng)度和毛細(xì)吸水性的影響

施范鏵1,2, 賀智敏1,2*, 劉 暢1, 魏玲玲1, 巴明芳1

（1.寧波大學(xué) 土木與環(huán)境工程學(xué)院, 浙江 寧波 315211; 2.寧波大學(xué) 濱海城市軌道交通協(xié)同創(chuàng)新中心, 浙江 寧波 315211）

為優(yōu)化超高性能混凝土(UHPC)預(yù)制構(gòu)件養(yǎng)護(hù)工藝, 研究了不同養(yǎng)護(hù)條件對(duì)UHPC強(qiáng)度和毛細(xì)吸水性的影響, 并采用孔結(jié)構(gòu)測(cè)試、熱重分析和掃描電鏡觀察, 對(duì)其機(jī)理進(jìn)行了分析. 結(jié)果表明: 熱養(yǎng)護(hù)顯著提高了UHPC的7d強(qiáng)度, 這與加速火山灰反應(yīng)有關(guān), 但高溫和干熱養(yǎng)護(hù)對(duì)其后期強(qiáng)度增大不利, 甚至出現(xiàn)約3％的強(qiáng)度倒縮; 不論何種養(yǎng)護(hù), UHPC總體均具有較低的毛細(xì)吸水性, 毛細(xì)吸水系數(shù)隨試件吸水時(shí)間和養(yǎng)護(hù)齡期增長而顯著降低, 干熱養(yǎng)護(hù)試件的毛細(xì)吸水性高于其他養(yǎng)護(hù)條件; 從綜合性能考慮, 干熱養(yǎng)護(hù)溫度宜控制在100℃以下, 超過150℃會(huì)顯著增大UHPC的總孔和大孔孔隙率, 并增大毛細(xì)吸水性. 電鏡觀察到熱養(yǎng)護(hù)試件內(nèi)部存有微裂紋, 而鋼纖維可以抑制周圍水化產(chǎn)物微裂紋的發(fā)生.

超高性能混凝土; 養(yǎng)護(hù)條件; 毛細(xì)吸水性; 孔結(jié)構(gòu); 力學(xué)強(qiáng)度

超高性能混凝土(UHPC)是通過引入超細(xì)活性礦物組分和纖維, 采用不同粒徑顆粒最緊密堆積制備得到的具有超高強(qiáng)度、耐久性的新型水泥基工程材料, 在土木工程領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景[1-2].

由于高摻量膠凝材料的存在, 養(yǎng)護(hù)對(duì)UHPC性能與結(jié)構(gòu)有顯著影響, 且不同于普通混凝土. 目前已有不少學(xué)者研究了不同養(yǎng)護(hù)條件對(duì)UHPC強(qiáng)度性能的影響, 如趙金俠等[3]研究發(fā)現(xiàn), 相比于常溫養(yǎng)護(hù), 高溫養(yǎng)護(hù)有利于提高UHPC早期強(qiáng)度, 但早期快速收縮造成的內(nèi)部結(jié)構(gòu)裂紋會(huì)導(dǎo)致UHPC后期強(qiáng)度下降. Liu等[4]研究了養(yǎng)護(hù)溫度(150、200、250、300℃)和養(yǎng)護(hù)時(shí)間(4、8、12h)對(duì)活性粉末混凝土力學(xué)性能的影響, 發(fā)現(xiàn)在一定溫度范圍內(nèi)UHPC的抗壓強(qiáng)度隨養(yǎng)護(hù)溫度和壓力的增大而增強(qiáng). Yang等[5]研究發(fā)現(xiàn), 經(jīng)90℃熱水養(yǎng)護(hù)6d后, UHPC的抗壓強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度和斷裂能較20℃常溫水養(yǎng)時(shí)有所提高. Hiremath等[6]研究發(fā)現(xiàn), 熱水-干熱組合養(yǎng)護(hù)可以顯著提高UHPC早期的抗壓強(qiáng)度, 其中干熱養(yǎng)護(hù)溫度、持續(xù)時(shí)長為重要的影響因素. 牛旭婧等[7]以養(yǎng)護(hù)溫度、熱養(yǎng)護(hù)時(shí)長等為組合養(yǎng)護(hù)參數(shù), 研究了養(yǎng)護(hù)對(duì)UHPC抗壓強(qiáng)度、劈裂抗拉強(qiáng)度和抗高溫爆裂性能的影響, 發(fā)現(xiàn)組合養(yǎng)護(hù)制度(90℃熱水養(yǎng)護(hù)2d, 然后250℃干熱養(yǎng)護(hù)3d)可以顯著提升UHPC的力學(xué)性能. 目前對(duì)UHPC養(yǎng)護(hù)制度的研究主要圍繞抗壓強(qiáng)度、劈裂抗拉強(qiáng)度、高溫爆裂和斷裂性能等, 而對(duì)其毛細(xì)吸水性研究較少[8]. 服役環(huán)境下的UHPC結(jié)構(gòu)一般處于非飽和狀態(tài), 含有侵蝕性離子的液態(tài)水侵入U(xiǎn)HPC內(nèi)部主要是通過毛細(xì)吸附作用[9]. 毛細(xì)吸水性可以表征混凝土表面狀況, 且測(cè)試精度高, 因此毛細(xì)吸水性常作為混凝土耐久性的一種評(píng)價(jià)指標(biāo)[10-11].

本文結(jié)合工程實(shí)踐, 模擬預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)實(shí)際設(shè)計(jì)養(yǎng)護(hù)方式, 以強(qiáng)度、毛細(xì)吸水性與孔結(jié)構(gòu)作為評(píng)價(jià)指標(biāo), 分析不同養(yǎng)護(hù)條件對(duì)UHPC性能與孔結(jié)構(gòu)的影響及其相互之間的關(guān)系. 通過熱分析和掃描電鏡研究其機(jī)理, 以實(shí)現(xiàn)UHPC預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)的材料設(shè)計(jì)和優(yōu)化.

1 原材料及試驗(yàn)方法

1.1 原材料與配合比

水泥為42.5級(jí)普通硅酸鹽水泥, 密度為3.13g·cm-3; 偏高嶺土平均粒徑為2μm, 密度為2.3g·cm-3, 比表面積約為25000m2·kg-1; 礦粉比表面積為426m2·kg-1. 水泥、偏高嶺土和礦粉的化學(xué)組成見表1. 細(xì)骨料采用河砂和石英砂, 河砂的細(xì)度模數(shù)為2.62, 表觀密度為2.6g·cm-3, 符合II區(qū)級(jí)配; 石英砂的細(xì)度模數(shù)為4.28. 纖維采用長度為20mm、直徑為0.35mm的光滑鍍銅端勾型鋼纖維和長度為13mm、直徑為0.2mm的平直型鋼纖維. 選用固含量為10％的聚羧酸高效液體減水劑, 拌合水為潔凈自來水.

表1 膠凝材料的化學(xué)組成

試驗(yàn)參照工程常用的配合比, 水膠比為0.18, 減水劑摻量為膠凝材料質(zhì)量的2％; 礦物摻合料采用外摻法, 偏高嶺土和礦粉摻量分別為水泥質(zhì)量的30％和20％; 河砂和石英砂以8:2混合后使用, 砂膠比為1:1; 鋼纖維摻量為膠凝材料體積的2％.

1.2 養(yǎng)護(hù)條件

為了便于性能對(duì)比, 將所有試件在相同條件下成型, 試件澆筑完成后立即用塑料薄膜覆蓋, 放置于標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室中, 養(yǎng)護(hù)1d后取出進(jìn)行脫模處理, 然后立即根據(jù)養(yǎng)護(hù)制度(表2)進(jìn)行養(yǎng)護(hù). 養(yǎng)護(hù)完畢, 將所有試件繼續(xù)標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)(溫度(20±2)℃,相對(duì)濕度90%以上, 以下簡稱標(biāo)養(yǎng))至測(cè)試齡期.

表2 養(yǎng)護(hù)制度

續(xù)表

為闡明不同養(yǎng)護(hù)條件對(duì)UHPC試件表面質(zhì)量的影響, 對(duì)比測(cè)試了表面打磨試件和未打磨試件3個(gè)齡期的毛細(xì)吸水性.

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 力學(xué)性能試驗(yàn)

根據(jù)文獻(xiàn)[12]進(jìn)行試件抗折和抗壓強(qiáng)度測(cè)試和評(píng)定, 得到一組3個(gè)40mm×40mm×160mm棱柱體試件的強(qiáng)度測(cè)定值后, 再進(jìn)行強(qiáng)度評(píng)定得到試驗(yàn)結(jié)果.

1.3.2 毛細(xì)吸水性試驗(yàn)

采用混凝土初始表面吸水性測(cè)試方法(Initial Surface Absorption Test, ISAT)測(cè)定混凝土的毛細(xì)吸水性[13]. 將成型邊長為50mm立方體試件, 養(yǎng)護(hù)至測(cè)試齡期后, 分為打磨和不打磨試件. 打磨試件采用120#砂紙打磨表面, 不打磨試件不做表面處理. 采用毛細(xì)吸水性試驗(yàn)裝置(圖1)測(cè)得吸水性數(shù)據(jù), 再采用線性擬合得到毛細(xì)水吸附系數(shù)(). 詳細(xì)測(cè)試過程參見文獻(xiàn)[13].

圖1 毛細(xì)吸水性試驗(yàn)裝置

1.3.3 孔結(jié)構(gòu)試驗(yàn)

孔結(jié)構(gòu)測(cè)試采用“可蒸發(fā)水含量法”[14], 首先成型邊長為50mm立方體試件, 試件經(jīng)真空飽水后的質(zhì)量為0, 然后放置在保持約90％相對(duì)濕度的干燥器中達(dá)到水分?jǐn)U散平衡, 此時(shí)質(zhì)量為1, 最后在105℃烘箱中烘干至恒重, 冷卻至室溫, 稱取質(zhì)量為2. 大孔(孔徑大于30nm)和總孔的孔隙率采用式(1)計(jì)算得到; 小孔孔隙率為總孔隙率與大孔孔隙率的差值.

1.3.4 熱重分析試驗(yàn)

熱重分析試樣分別取自經(jīng)歷W、VN3、S3T4、W3T4、W2GT3、W4GT3和W4GF3養(yǎng)護(hù)過程, 齡期為28d的UHPC立方體試件中部壓碎試樣. 先用鐵錘輕輕敲碎水泥石, 再用套篩盡量篩除砂礫, 最后將試樣研磨成粉末, 過80μm方孔篩, 用無水乙醇終止水化, 等待測(cè)試. 熱重分析測(cè)試采用德國耐馳STA449C型熱重分析儀, 測(cè)試溫度為25～ 1000℃, 升溫速率為10℃·min-1, 全程氮?dú)獗Ｗo(hù).

1.3.5 電鏡分析

電鏡分析試樣分別取自經(jīng)歷W、VN3、W3T4、W2GT3和W4GF3養(yǎng)護(hù)過程, 齡期為28d的UHPC立方體試件中部壓碎試樣. 將破碎試件進(jìn)行制樣, 樣品用無水乙醇浸泡終止水化, 觀測(cè)前做噴金處理. 采用韓國COXEM的EM30+型臺(tái)式掃描電鏡觀測(cè)UHPC的微觀結(jié)構(gòu).

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 力學(xué)性能

經(jīng)歷不同養(yǎng)護(hù)制度后UHPC的抗壓和抗折強(qiáng)度如圖2所示. 從圖2可見, 相較常溫浸水養(yǎng)護(hù), 其他6種養(yǎng)護(hù)制度下的UHPC因高溫作用水泥快速水化, 且礦物摻合料二次水化反應(yīng)生成了較多的水化產(chǎn)物, 因此其他6種熱養(yǎng)護(hù)可以有效提高UHPC的7d抗壓和抗折強(qiáng)度; 組合養(yǎng)護(hù)相比單一熱養(yǎng)護(hù)對(duì)UHPC強(qiáng)度提升效果更好, 與常溫浸水養(yǎng)護(hù)試件7d抗壓強(qiáng)度相比, 單一熱養(yǎng)護(hù)和組合養(yǎng)護(hù)最高分別可以提升9.3％和25％.

但從28、120d抗壓和抗折強(qiáng)度看, 熱養(yǎng)護(hù)后的試件后期強(qiáng)度不如20℃水養(yǎng)護(hù), 150℃干熱養(yǎng)護(hù)下120d試件的抗壓強(qiáng)度出現(xiàn)了約3％的倒縮, 而20℃浸水養(yǎng)護(hù)試件后期強(qiáng)度持續(xù)增長. 其原因在于熱養(yǎng)護(hù)使水化速度加快, 生成的水化產(chǎn)物來不及分散, 導(dǎo)致過于粗大, 并包裹有未水化水泥顆粒, 不利于后期水化. 另外, 由于各組分的熱膨脹系數(shù)不同, 加速熱養(yǎng)護(hù)過程中的熱膨脹易于引發(fā)微裂紋, 導(dǎo)致后期強(qiáng)度降低[15].

圖2 不同養(yǎng)護(hù)制度下混凝土力學(xué)性能

由圖2(b)可見, 除20℃浸水養(yǎng)護(hù)試件, 其他熱養(yǎng)護(hù)試件7d后的抗折強(qiáng)度基本無增長; 在熱養(yǎng)護(hù)試件中, 3種浸水-干熱養(yǎng)護(hù)UHPC的120d抗折強(qiáng)度明顯高于未經(jīng)過干熱養(yǎng)護(hù)UHPC的抗折強(qiáng)度. 原因可能是干熱養(yǎng)護(hù)使基體與鋼纖維之間的黏結(jié)強(qiáng)度有所提高, 這與文獻(xiàn)[4]的研究結(jié)果類似.

2.2 毛細(xì)吸水性

2.2.1 UHPC的毛細(xì)吸水量

圖3～圖5為不同養(yǎng)護(hù)制度對(duì)UHPC打磨試件7、28、120d齡期的毛細(xì)吸水量的影響. 由圖3可見, 初期0～240min吸水量隨時(shí)間增長較快, 后期毛細(xì)吸水量增速明顯放緩. 這是因?yàn)樗衷谕鶅?nèi)部傳輸時(shí)會(huì)遇到如凝膠孔這種比毛細(xì)孔更小的孔隙. 另外, 在界面過渡區(qū)存在更大的毛細(xì)孔, 水傳輸至孔中水/空氣界面處形成亞穩(wěn)或穩(wěn)定的半月板形態(tài), 從而阻礙水的侵入[13].

7d齡期時(shí)3種浸水-干熱養(yǎng)護(hù)制度下試件的毛細(xì)吸水量較高, 最高值W4GF3組單位面積毛細(xì)吸水量達(dá)到1.46mm, 比W組高約1倍; 而W3T4、VN3、S3T4組的毛細(xì)吸水量較低且很接近. 其原因是浸水預(yù)養(yǎng)時(shí)間越長, 試件內(nèi)部吸收水分越多, 后期高溫干熱養(yǎng)護(hù)時(shí)大量水分向外界蒸發(fā), 在試件內(nèi)部形成較多的毛細(xì)孔, 養(yǎng)護(hù)溫度越高表現(xiàn)越明顯. W4GT3組在干熱養(yǎng)護(hù)完成恢復(fù)至室溫后, 即刻進(jìn)行7d齡期毛細(xì)吸水性測(cè)試, 相較經(jīng)標(biāo)養(yǎng)2d的W2GT3組更為缺水, 試件自身越干燥, 水越容易進(jìn)入混凝土內(nèi)部, 最終導(dǎo)致W4GT3組早期的毛細(xì)吸水性強(qiáng)于W2GT3組.

圖3 打磨試件7 d毛細(xì)吸水量

由圖4和圖5可見, 隨著齡期的增長, 各試件組毛細(xì)吸水量大幅降低, 且差異減小, 尤其是干熱養(yǎng)護(hù)試件. 說明在經(jīng)歷早期干熱養(yǎng)護(hù)后, 內(nèi)部處于極度干燥狀態(tài), 后續(xù)標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)提供了有效的補(bǔ)水, 進(jìn)一步生成的水化產(chǎn)物減少了毛細(xì)孔, 從而降低了毛細(xì)吸水量.

圖5為打磨試件120d時(shí)毛細(xì)吸水量變化. 與28d相比, 120d時(shí)其毛細(xì)吸水性隨時(shí)間的變化規(guī)律發(fā)生了顯著變化, 由原先的曲線變成了直線. 28d時(shí)各試件毛細(xì)吸水性變化存在2個(gè)不同的吸附階段, 初始階段水吸附速率較大, 隨后水吸附速率隨之降低, 呈指數(shù)型衰減. 原因是早期吸水性主要受毛細(xì)孔影響, 以毛細(xì)作用為驅(qū)動(dòng)力; 后期吸水性變化受混凝土中孔徑更小的凝膠孔控制, 以擴(kuò)散過程為主. 因此認(rèn)為在120d后, UHPC表層和內(nèi)部的孔隙變得更為均勻、孔隙細(xì)化、大毛細(xì)孔數(shù)量進(jìn)一步減小.

圖4 打磨試件28 d毛細(xì)吸水量

圖5 打磨試件120 d毛細(xì)吸水量

2.2.2 UHPC的毛細(xì)吸水系數(shù)

為了得到毛細(xì)吸水系數(shù)隨時(shí)間的變化趨勢(shì), 可利用如下指數(shù)函數(shù)描述[16]:

圖6為各齡期試件的毛細(xì)吸水系數(shù)隨時(shí)間的變化規(guī)律.

圖6 各齡期試件毛細(xì)吸水系數(shù)變化曲線

由圖6可見, 毛細(xì)吸水系數(shù)隨試件吸水時(shí)間和齡期增長而顯著降低. 各試件的毛細(xì)吸水系數(shù)曲線呈平滑的下降趨勢(shì), 在約1600min后達(dá)到極低水平, 接近穩(wěn)定狀態(tài). 相比普通混凝土, UHPC的毛細(xì)吸水性降低更快, 達(dá)到穩(wěn)定時(shí)間更短, 原因是其孔結(jié)構(gòu)更為致密[16].

2.2.3 表面打磨和未打磨試件的毛細(xì)吸水性

為了考察試件表面打磨處理對(duì)毛細(xì)吸水性的影響, 在相同條件下測(cè)試打磨和未打磨UHPC試件的毛細(xì)吸水性, 結(jié)果如圖7所示. 由圖7可見, 無論試件表面是否打磨, 試件的毛細(xì)吸水性變化規(guī)律一致, 但是打磨試件的毛細(xì)吸水性通常略低于未打磨試件.

混凝土熱養(yǎng)護(hù)研究表明[17], 受早期水汽熱濕傳輸作用的影響, 蒸養(yǎng)混凝土表面(由表及里10mm范圍)的毛細(xì)吸水性及氯離子擴(kuò)散速率均高于其內(nèi)部.

本文采用的蒸汽養(yǎng)護(hù)和浸水-干熱組合養(yǎng)護(hù)屬于熱養(yǎng)護(hù), 由于試件表面對(duì)溫度變化更為敏感, 熱養(yǎng)護(hù)在促進(jìn)混凝土膠凝材料水化的同時(shí)也存在一定程度的表面損傷效應(yīng), 故采用打磨后試件表面測(cè)試毛細(xì)吸水性通常略低.

W-N、VN3-N、S3T4-N、W3T4-N、W2GT3-N、W4GT3-N、W4GF3-N均為未打磨試件.

2.3 不同養(yǎng)護(hù)條件下的UHPC孔結(jié)構(gòu)

為了分析不同養(yǎng)護(hù)條件對(duì)UHPC孔結(jié)構(gòu)的影響, 測(cè)試了試件在7、28、120d齡期的孔隙率, 并對(duì)孔徑分布進(jìn)行了分析, 結(jié)果如圖8所示. 由圖8可見, 不論何種養(yǎng)護(hù), UHPC的孔隙率均低于2.7％, 比普通混凝土明顯致密. 對(duì)于7d齡期, 總孔隙率大小排序?yàn)閃4GF3>W>W4GT3>W2GT3>W3T4> S3T4>VN3, 即蒸汽養(yǎng)護(hù)和熱水養(yǎng)護(hù)的較低, 干熱養(yǎng)護(hù)的較高. 150℃干熱養(yǎng)護(hù)UHPC在120d時(shí)孔隙率比常溫水養(yǎng)護(hù)高0.9％. 對(duì)于大孔孔隙率, 3種浸水-干熱養(yǎng)護(hù)試件的大孔(孔徑大于30nm)孔隙率均高于其他養(yǎng)護(hù)下試件, 150℃干熱養(yǎng)護(hù)120d的大孔孔隙率比常溫水養(yǎng)護(hù)高0.08％.

隨著齡期增長, 常溫浸水養(yǎng)護(hù)試件的總孔隙率下降幅度明顯大于其他養(yǎng)護(hù)制度組, 說明常溫浸水養(yǎng)護(hù)試件雖然早齡期水化和微觀結(jié)構(gòu)形成較慢, 但后期水化作用生成了較多的水化產(chǎn)物, 孔結(jié)構(gòu)得以細(xì)化. 從前述強(qiáng)度發(fā)展規(guī)律看, 其28d強(qiáng)度即可與熱養(yǎng)護(hù)試件相當(dāng), 120d強(qiáng)度高于所有熱養(yǎng)護(hù)試件, 這可與孔結(jié)構(gòu)發(fā)展互為印證.

圖8 不同養(yǎng)護(hù)制度下UHPC孔隙率及其孔徑分布

2.4 水化程度與微觀分析

水泥混凝土的熱分析曲線通常會(huì)有幾個(gè)較為明顯的吸熱峰, 其中對(duì)應(yīng)30～170℃的吸熱峰主要是水泥水化產(chǎn)物層間水、石膏、鈣礬石(AFt)分解; 180～300℃的吸熱峰主要是C-S-H凝膠、水化鋁酸鈣分解; 400～500℃的吸熱峰是由于Ca(OH)2分解引起; 700～900℃的吸熱峰是因?yàn)镃aCO3的分解以及硬硅鈣石脫水引起.

由圖9(a)可見, 差熱曲線上有2個(gè)明顯的吸熱峰, 區(qū)間分別為30～300℃和600～720℃. 由圖9(b)和表3可知, 在上述溫度范圍內(nèi)失重明顯, 30～ 300℃區(qū)間吸熱峰說明隨著水化齡期的增長, 水化反應(yīng)仍在不斷進(jìn)行, 在28d時(shí)已經(jīng)生成了大量的鈣礬石、C-S-H凝膠等水化產(chǎn)物; 600～720℃區(qū)間吸熱峰說明28d時(shí)已經(jīng)生成了大量的碳酸鈣, 這與強(qiáng)度和孔結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)一致.

各試件均未見對(duì)應(yīng)氫氧化鈣分解的吸熱峰, 說明試件中氫氧化鈣的含量極低, 這應(yīng)歸因于礦物摻合料的二次水化消耗.

圖10為各配合比不同養(yǎng)護(hù)制度下混凝土內(nèi)部物相微觀形貌的代表性電鏡照片.

圖9 28 d熱分析結(jié)果

表3 熱重分析確定的關(guān)鍵溫度區(qū)間的失重量 %

由圖10(a)～(d)可見, 熱養(yǎng)護(hù)條件下由于水化加速, 生成的水化產(chǎn)物來不及分散而聚集形成粗大的水化產(chǎn)物, 如C-S-H凝膠常為塊狀且在VN3、W3T4和W4GF3試件中均發(fā)現(xiàn)有微裂紋, 表明由于熱膨脹系數(shù)不同, 熱養(yǎng)護(hù)容易使混凝土中不同組分發(fā)生不一致熱膨脹, 從而容易產(chǎn)生微觀裂紋, 這些裂紋在荷載或其他驅(qū)動(dòng)力作用下擴(kuò)展、連生成為貫穿裂縫, 會(huì)降低混凝土強(qiáng)度.

從圖10(e)可見, 對(duì)比熱養(yǎng)護(hù)試樣, 常溫浸水養(yǎng)護(hù)下, 試樣早期水化速度相對(duì)較慢, 生成的水化產(chǎn)物比較細(xì)小, 有利于分散, 分布相對(duì)均勻, 不會(huì)阻礙未水化水泥顆粒進(jìn)一步水化. 故后期水化產(chǎn)物生成更多, 微觀結(jié)構(gòu)未見明顯孔洞, 更為致密, 后期強(qiáng)度發(fā)展更好. 這也說明了為什么常溫水養(yǎng)護(hù)試件其后期強(qiáng)度高于其他熱養(yǎng)護(hù).

由圖10(f)可見, 常溫浸水養(yǎng)護(hù)混凝土內(nèi)部的鋼纖維雖然與水化產(chǎn)物之間存在明顯的界面, 但是鋼纖維周圍的水化產(chǎn)物相互黏結(jié)緊密, 比較致密. 通過觀察其他養(yǎng)護(hù)條件下多個(gè)鋼纖維存在的微區(qū), 發(fā)現(xiàn)鋼纖維可以抑制水化產(chǎn)物裂紋的發(fā)生, 這對(duì)于提高熱養(yǎng)護(hù)混凝土性能非常有利.

3 結(jié)論

(1)熱養(yǎng)護(hù)可以有效提高UHPC的早期強(qiáng)度, 對(duì)比常溫浸水養(yǎng)護(hù)的7d抗壓強(qiáng)度, 單一熱養(yǎng)護(hù)和組合養(yǎng)護(hù)最高分別提升了9.3％和25％. 延長浸水預(yù)養(yǎng)時(shí)長可以促進(jìn)UHPC早期強(qiáng)度, 但是高溫和干熱養(yǎng)護(hù)對(duì)UHPC后期強(qiáng)度增長不利. 常溫浸水養(yǎng)護(hù)試件的后期強(qiáng)度增長迅速, 120d強(qiáng)度高于其他熱養(yǎng)護(hù)試件.

(2)7d齡期時(shí), 常溫浸水養(yǎng)護(hù)和3種浸水-干熱養(yǎng)護(hù)試件的毛細(xì)吸水量較高, 養(yǎng)護(hù)溫度越高毛細(xì)吸水量越大; 后期毛細(xì)吸水量大幅降低, 且各試件差異減小. 毛細(xì)吸水系數(shù)隨試件吸水時(shí)間和齡期的增長而顯著降低. 打磨后試件表面測(cè)試毛細(xì)吸水性通常略低.

(3)熱養(yǎng)護(hù)促進(jìn)了膠凝材料水化, 早期能降低混凝土孔隙率, 但后期不利于細(xì)化其孔徑; 常溫浸水養(yǎng)護(hù)早期微觀結(jié)構(gòu)形成較慢, 但后期水化生成較多的水化產(chǎn)物, 孔結(jié)構(gòu)得以細(xì)化. 150℃干熱養(yǎng)護(hù)將顯著增大UHPC的總孔和大孔的孔隙率, 120d時(shí)仍比常溫水養(yǎng)護(hù)分別高0.9％和0.08％, 并增大毛細(xì)吸水性, 對(duì)耐久性不利.

(4)熱分析表明UHPC早期水化迅速, 在28d已經(jīng)生成了大量的鈣礬石、C-S-H凝膠等水化產(chǎn)物. 因礦物摻合料的二次水化消耗, 試件中氫氧化鈣的含量極低. 電鏡觀察到熱養(yǎng)護(hù)試件水化產(chǎn)物粗大, 內(nèi)部存在微裂紋, 而鋼纖維可以抑制周圍水化產(chǎn)物微裂紋的發(fā)生.

[1] Shi C J, Wu Z M, Xiao J F, et al. A review on ultra high performance concrete: Part I. Raw materials and mixture design[J]. Construction and Building Materials, 2015, 101:741-751.

[2] 孫瑜, 王煥然, 王飛, 等. 波形鋼板-UHPC組合橋面板結(jié)構(gòu)截面優(yōu)化[J]. 寧波大學(xué)學(xué)報(bào)(理工版), 2020, 33(3): 105-110.

[3] 趙金俠, 黃亮, 謝建和. 不同配比和養(yǎng)護(hù)條件對(duì)超高性能混凝土微觀結(jié)構(gòu)的影響[J]. 中國公路學(xué)報(bào), 2019, 32(7):111-119.

[4] Liu J T, Yang Y, Gu C P, et al. Influence of dry heating regime on the mechanical and shrinkage properties of reactive powder concrete[J]. Journal of Zhejiang University: Science A, 2018, 19(12):926-938.

[5] Yang S L, Millard S G, Soutsos M N, et al. Influence of aggregate and curing regime on the mechanical properties of ultra-high performance fibre reinforced concrete (UHPFRC)[J]. Construction and Building Materials, 2009, 23(6):2291-2298.

[6] Hiremath P N, Yaragal S C. Effect of different curing regimes and durations on early strength development of reactive powder concrete[J]. Construction and Building Materials, 2017, 154:72-87.

[7] 牛旭婧, 乜穎, 朋改非, 等. 養(yǎng)護(hù)制度對(duì)超高性能混凝土抗高溫爆裂性能的影響[J]. 硅酸鹽學(xué)報(bào), 2020, 48(8): 1212-1222.

[8] Shen P L, Lu L N, He Y J, et al. The effect of curing regimes on the mechanical properties, nano-mechanical properties and microstructure of ultra-high performance concrete[J]. Cement and Concrete Research, 2019, 118: 1-13.

[9] Wang X B, Sun M J, Guo S B. Water absorption characteristics of cement-based materials based on the chemical reaction[J]. Construction and Building Materials, 2019, 220:607-614.

[10] Zhang P, Wittmann F H, Vogel M, et al. Influence of freeze-thaw cycles on capillary absorption and chloride penetration into concrete[J]. Cement and Concrete Research, 2017, 100:60-67.

[11] Wang Y R, Cao Y B, Zhang P, et al. Water absorption and chloride diffusivity of concrete under the coupling effect of uniaxial compressive load and freeze-thaw cycles[J]. Construction and Building Materials, 2019, 209:566-576.

[12] GB/T 17671-1999. 水泥膠砂強(qiáng)度檢測(cè)方法[S].

[13] Martys N S, Ferraris C F. Capillary transport in mortars and concrete[J]. Cement and Concrete Research, 1997, 27(5):747-760.

[14] Ngala V T, Page C L. Effects of carbonation on pore structure and diffusional properties of hydrated cement pastes[J]. Cement and Concrete Research, 1997, 27(7): 995-1007.

[15] Helmi M, Hall M R, Stevens L A, et al. Effects of high-pressure/temperature curing on reactive powder concrete microstructure formation[J]. Construction and Building Materials, 2016, 105:554-562.

[16] 鮑玖文, 胡文文, 張鵬, 等. 有機(jī)硅憎水劑對(duì)混凝土強(qiáng)度與毛細(xì)吸水性能的影響[J]. 硅酸鹽學(xué)報(bào), 2020, 48(10):1644-1652.

[17] 賀智敏, 龍廣成, 謝友均, 等. 蒸養(yǎng)混凝土的表層傷損效應(yīng)[J]. 建筑材料學(xué)報(bào), 2014, 17(6):994-1000; 1008.

Effect of curing condition on mechanical strength and capillary water absorption of UHPC

SHI Fanhua1,2, HE Zhimin1,2*, LIU Chang1, WEI Lingling1, BA Mingfang1

( 1.School of Civil and Environmental Engineering, Ningbo University, Ningbo 315211, China;2.Collaborative Innovation Center of Coastal Urban Rail Transit, Ningbo University, Ningbo 315211, China )

In order to optimize the curing process of ultra-high performance concrete (UHPC) prefabricated components, the effect of different curing conditions on mechanical strength and capillary water absorption of UHPC was investigated, and the mechanism was analyzed by pore structure test, thermogravimetric analysis and scanning electron microscope. Test results indicate that, heat curing regime has a very significant increase on 7 day mechanical strength, which is most likely related to acceleration of the pozzolanic reaction. However, the high temperature curing and dry-heat curing hinder its later strength growth, with its 28 day strength is even lower than 7 day strength. UHPC generally has lower capillary water absorption. The capillary water absorption coefficient drops remarkably with the extension of specimen suction time and curing age. The capillary water absorption of dry heat curing specimen is higher than those of other curing condition. Considering the comprehensive performance, the dry heat curing temperature should be controlled below 100℃. When the hot curing temperature is over 150℃, total and large pore porosity of UHPC will increase significantly, and the capillary water absorption will also increase. It was observed by scanning electron microscope that a few micro cracks appearal in the heat curing specimen, but steel fiber could restrain the micro cracks around the hydration products.

ultra-high performance concrete; curing condition; capillary water absorption; pore structure; mechanical strength

2021?11?26.

寧波大學(xué)學(xué)報(bào)（理工版）網(wǎng)址: http://journallg.nbu.edu.cn/

浙江省自然科學(xué)基金（LY17E080007）; 寧波市自然科學(xué)基金（202003N4137）; 寧波大學(xué)濱海城市軌道交通協(xié)同創(chuàng)新中心開放基金（2020004）.

施范鏵（1997－）, 男, 浙江永康人, 在讀碩士研究生, 主要研究方向: 混凝土材料. E-mail: 2318878173@qq.com

通信作者:賀智敏（1973－）, 男, 湖南邵陽人, 博士/副教授, 主要研究方向: 混凝土材料. E-mail: hezhimin@nbu.edu.cn

TU528

A

1001-5132（2022）03-0010-09

（責(zé)任編輯 史小麗）