瓷砖粉超高性能混凝土及其改性机理

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卫浴陶瓷、地面陶瓷等陶瓷已广泛用于掺合料制备普通和高性能混凝土,在一定掺量之下获得了比常规混凝土更优异的力学和抗侵蚀性能,但目前尚无针对瓷砖粉用于制备超高性能混凝土的研究,本文即瓷砖粉制备超高性能混凝土可行性研究。超高性能混凝土(UHPC)作为一种性能优异的水泥基材料,已经得到社会各界广泛的关注。由于存在成本偏高、工艺较复杂、收缩较大以及缺乏完备规范等问题,使其在工程应用方面仍然受到限制。本文的研究立足于采用常规工艺制备的超高性能混凝土,通过宏观性能和微观结构重点分析了固定水胶比下硅灰和瓷砖粉等原材料对超高性能混凝的抗压性能、微观结构、水化特性等微观和宏观性能的影响,研究结果表明:其抗压强度的发展表明瓷砖粉在7d时没有表现出明显的活性,7-28d的龄期之间表现出了明显的活性,28d之后强度几乎不再有大的发展,而掺有硅灰的试验组的抗压强度在28d后还有一定的增长,同时随着瓷砖粉掺量的增大,早期强度的发展也更加缓慢,即瓷砖粉可能会抑制混凝土强度的发展;随着瓷砖粉掺量的增大,60d强度也缓慢下降,即在有硅灰的情况下,瓷砖粉对混凝土后期强度的影响不大。水化程度测试表明7d和28d龄期时单掺瓷砖粉或双掺瓷砖粉和硅灰的试验组的水泥水化程度都比对照组更高,这说明瓷砖粉中的SiO2参与了水化反应,推动水泥进一步水化,即瓷砖粉中的SiO2具备一定的火山灰活性,且能参与水泥第二阶段的水化反应。微观结构试验表明单掺35%瓷砖粉能够将界面过渡区(ITZ)宽度降低至参照组的50%左右,双掺瓷砖粉和硅灰能够将ITZ宽度缩小为参照组的10%左右,28d时试验组和参照组的ITZ几乎消失,即瓷砖粉能够参与水泥第二阶段的水化反应降低界面区宽度,增加其密实度。钙硅比用于表征C-S-H凝胶中钙和硅的比值,其比值越小,C-S-H凝胶的力学性能越好,混凝土的强度也会越高。本试验中,单掺瓷砖粉或双掺硅灰和瓷砖粉的试验组的钙硅比都参照组低,只有在活性火山灰参与的二次水化反应中才能产生低钙硅比的C-S-H凝胶。因此,瓷砖粉和硅灰都是具备火山灰活性的;双掺硅灰和瓷砖粉的试验组中C-S-H凝胶的钙硅比,可能硅灰和瓷砖粉之间存在一定的协同作用。硬化后水泥基材料中的Ca(OH)2含量可用于表征水泥第二阶段的水化程度,二次水化反应的程度越高,消耗的Ca(OH)2越多,残余的Ca(OH)2就越少,即残余的Ca(OH)2含量越小,水化程度越高。本试验中,试验组中的Ca(OH)2残余量都比参照组要低,即在双掺硅灰和瓷砖粉或单掺瓷砖粉的情况下,水泥的水化程度都提高了;单掺硅灰或者单掺瓷砖粉的试验组中的Ca(OH)2残余量接近,但双掺硅灰和瓷砖粉的试验组中的Ca(OH)2残余量更低,这说明掺入的10%的硅灰已经被完全消耗,瓷砖粉中的SiO2具备火山灰活性参与的水泥的第二阶段水化反应。
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