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本论文系统研究不同纳米材料(纳米二氧化硅,简称NS;纳米碳酸钙,简称NC;氧化石墨烯,简称GO)对自密实水泥基材料流变性能、硬化性能及微观性能的影响。流变性能是自密实水泥基材料的重要性能,很大程度上决定了其硬化性能。为了降低SCC的环境影响,采用粉煤灰(FA)代替水泥减少其水泥用量,结合高效减水剂(High Range Water Reducing Admixtures,简称HRWRA)保证SCC的基本工作性能。因此,本文通过正交试验分析了FA掺量、PCE掺量和NS/NC/GO掺量各影响因素对纳米复合净浆及砂浆的流变参数、流动度、抗折强度及抗压强度影响效应的大小,并得出纳米复合净浆与砂浆流变性能影响之间的联系,深入探究不同纳米材料复合自密实水泥基材料流变规律,明晰流变性能与宏观性能的关系。基于此,根据性能平衡设计优选出合适的配合比应用于纳米复合SCC中,结合多种先进的材料测试手段(如:XRD,SEM-BSE,MIP和TGA)分析纳米复合SCC水化产物及微观结构,建立浆体微观性能与混凝土宏观工作性能间的逻辑关联,最终形成系统的纳米复合SCC设计理论。具体内容和结论包括以下几个方面:(1)针对FA掺量(10-30%)、纳米材料掺量(NS/NC:1-3%,GO:0.01-0.05%)和净浆、砂浆分别选定的HRWRA掺量(NS复合净浆/砂浆的HRWRA范围:0.4-0.8%/0.9-1.9%;NC复合净浆/砂浆的HRWRA范围:0.10-0.14%/0.56-0.62%;GO复合净浆/砂浆的HRWRA范围:0.05-0.07%/0.24-0.36%)三种因素和水平,根据Minitab软件分析得出三种因素及其不同掺量下对净浆、砂浆流变参数(塑性粘度,简称η;屈服应力,简称τ_o)、流动度、抗折和抗压强度各性能的回归方程以及等值线图。以净浆为核心,自密实砂浆为纽带,优选出τ_o在30-70Pa·s之间,流动度在260-280mm之间且抗折强度大于11MPa,抗压强度大于60MPa的合适配合比,最终选择的最优组合配合比分别为20%FA+2%NS、10%FA+2%NC及10%FA+0.03%GO。(2)三种因素分别对纳米复合净浆、砂浆中的η、τ_o以及流动度的影响规律一致,纳米材料掺量影响程度相对较大,而FA掺量在三种因素中对其η、τ_o以及流动度影响程度均最小。从流变学角度,三种纳米材料复合的净浆、砂浆其剪切行为均呈非线性关系。尽管随着纳米材料掺入,净浆、砂浆粘度增加,但伴随着FA掺入,其对净浆、砂浆的工作性能产生有利影响,并且可以降低浆体的剪切增稠程度。对于NS/NC/GO分别复合的SCC,其τ_o和η均增加,但适量HRWRA的掺入,避免了SCC泌水和骨料沉降的产生,使得工作性能得到改善,流动度提高,间隙通过性提高。(3)通过SEM和BSE分析出纳米材料促进了FA的二次水化,使得FA玻璃壳表面溶解,周围水化产物增多,界面过渡区更加密实。结合MIP可以看出,适量纳米材料与FA协同作用下,纳米复合SCC的有害孔(0.05-0.2μm)比对照组降低了0.6-12%,多害孔(>0.2μm)降低高达23.2-50.8%,孔径分布得到优化。从XRD和TGA分析中可知,尽管在浆体中无新的水化产物产生,但纳米材料表面会与CH形成键合,生成更多C-S-H凝胶,提高界面过渡区的粘结力,这就有效地解释了纳米自密实水泥基复合材料强度改善的原因。从抗折、抗压的角度,尽管FA掺量对自密实水泥基材料抗折及抗压强度的有不利影响,但在与纳米材料的二阶作用下仍与强度呈正相关。此外,根据纳米复合SCC的力学性能可以看出,在一定配合比下,NS/NC/GO与FA的协同作用可明显提高早期及后期的抗压强度,纳米复合SCC的早期3d强度相比对照组增加了6.4-14.9%;而纳米复合SCC的28d抗压强度相比对照组增加了20.6-26.2%,并且28d的抗压强度可达到50-70MPa。