根据研究,养护制度对UHPC的影响也比较大。基体中具有火山灰活性的集料受温度影响较大。高温下,这些集料更容易发挥活性,更加充分地与水化产物反应,更好地填充粒子间的孔隙。因此,相比标准养护,热水养护后的水泥基复合材料强度提高幅度更加明显。
从现有研究成果来看,适量掺入纳米材料对UHPC性能的提升效果显著,应用前景也十分广泛,但是由于原料价格高昂,目前仍不易广泛推广;同时,如何更好地结合纳米材料与UHPC的特性依然是研究的重点问题。
本文主要研究纳米SiO2、碳纳米管与纳米Al2O3三种纳米材料不同掺量对UHPC的强度、微观成分、分析其微观结构并对实验方法进行适当改进。
2 实验
2.1 原材料
(1)水泥(C):普通硅酸盐水泥,深灰色粉末,由江南-小野田水泥有限公司生产;
(2)硅灰(SF):灰白色粉末,粒径<0.315mm;
(3)矿渣:灰褐色粉末,粒径<0.315mm;
(4)砂子:粒径<2.5mm;
(5)去离子水(DIW);
(6)高效减水剂(SP):ADVA®180混凝土外加剂,聚羧酸系,棕色粘稠液体,由Grace建筑产品公司生产;
(7)纳米SiO2(NS):无定形白色粉末,纯度99.5%,粒径30±5nm,由上海晶纯生化科技股份有限公司公司生产;
(8)多壁碳纳米管(MWCNTs):黑色粉末,纯度>95 wt-%,直径30-50nm,长度10-20μm,由中国科学院成都有机化学有限公司生产;
(9)纳米Al2O3(NA):蓬松白色粉末,纯度99.99%,α相,平均粒径为30nm,由上海晶纯生化科技股份有限公司公司生产;
(10)聚乙烯吡咯烷酮 K-30(PVP):白色或微黄色粉末,用作表面活性剂,由国药集团化学试剂有限公司生产。
图2.1 (a)纳米SiO2粉末与(b)纳米Al2O3粉末
2.2 仪器与设备
实验所使用的仪器与设备主要有:
JY3001电子天平(上海浦春计量仪器有限公司);
FA2204B电子天平(上海精科天美科学仪器有限公司);
JJ-5水泥胶砂搅拌机(无锡建仪仪器机械有限公司);
GZ-85水泥胶砂振动台(无锡建仪仪器机械有限公司);
DK-600B型电热恒温水槽(上海森信实验仪器有限公司);
XO-1200超声波细胞破碎仪/粉碎机(南京先欧仪器制造有限公司);
SANS CMT5105微机控制电子万能试验机(深圳市新三思材料检测有限公司);
DSCC-5000(上海三思纵横机械制造有限公司);
TYE-2000B型压力试验机(无锡建仪仪器机械有限公司)。
2.3 砂浆制备
2.3.1 空白试样制备
本实验中,UHPC基体配合比“水泥:硅灰:矿渣”为5:2:3,水胶比为0.19,胶砂比为1.2,减水剂含量为胶凝材料质量的2.0%(以下未作特殊说明,均是以胶凝材料掺量为基准),见表2.1。其中,硅灰与矿渣使用公称直径为0.315mm的新标准方孔石子筛进行筛料,砂子筛料所用的石子筛公称直径为2.5mm。
表2.1 UHPC基准配合比
水泥 硅灰 矿渣 砂胶比 水胶比 减水剂
1.0 0.4 0.6 1.2 0.19 2.0%
按配合比称量硅灰、矿渣、水泥与砂子,依次倒入水泥胶砂搅拌锅内,搅拌机低速干拌粉料5min;缓缓加入溶有减水剂的去离子水,保持低速搅拌,待拌合物由粉料拌合物状态变为黏稠浆料状态时,切换为高速搅拌,保持3min;将拌合物浆料倒入40mm×40mm×160mm的水泥砂浆三联试模中,置于水泥胶砂振动台上,振动成型(振动时间为120s/次,振动2次;振动过程中以平铲铲除浆料表面冒出的大量汽包);在模具表面包裹保鲜膜并置于常温环境下,24小时后拆模。
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