[01166623]复合水泥浆体组成、结构优化设计及体积稳定性、抗裂性能改善机理

基于体积稳定性、抗裂性能,建立复合水泥浆体组成、结构优化设计原则,指导胶凝材料的高效利用,在保证浆体力学性能的同时,大幅度降低复合水泥浆体变形,避免或显著降低复合水泥浆体开裂风险,提高混凝土结构的耐久性和服役寿命,满足国家大规模基础建设的重大需求,是一项推动水泥混凝土工业可持续发展和实现资源高效综合利用的重要基础性研究工作。本研究目的在于从浆体结构演变过程角度,阐明力学性能、体积变形、应力发展历程及其动态关系,改善复合水泥浆体稳定性和抗裂性能,为提高复合水泥基材料耐久性与服役寿命提供科学依据与技术支撑。另外基于体积稳定性、抗裂性能,建立复合水泥浆体组成、结构优化设计原则,知道水泥熟料与辅助性胶凝材料的科学、高效利用,改善复合水泥浆体稳定性和抗裂性能。本研究为低活性辅助性胶凝材料或惰性填料制备高性能复合水泥奠定理论基础和技术支撑,有利于降低混凝土建筑物整个生命周期的环境负荷,促进水泥科学由经验向精确描述和预测方向发展,具有极其重大的生态、经济和社会效益。本研究围绕“复合水泥浆体组成、结构优化设计及体积稳定性、抗裂性能改善机理”,在建立复合水泥水化产物特征与化学收缩的量化关系及阐明未水化相数量及分布规律对复合水泥浆体体积变形约束作用的基础上,从浆体结构形成与演变的角度提出了复合水泥浆体体积稳定性的改善机理,并据此采用25%水泥熟料制备了大掺量辅助性胶凝材料高体积稳定性级配复合水泥。与硅酸盐水泥及参比水泥的对比结果表明,高体积稳定性级配复合水泥浆体具备良好的初始堆积状态与水化进程,均匀密实的浆体结构能分散收缩应力从而减小体积变形及提高抗裂性能。 本研究的创新在于： ①研究思路上,利用水泥熟料与辅助性胶凝材料水化特性差异,通过水泥浆体初始堆积状态优化与水化进程的调控进行复合水泥组成、结构优化设计; ②阐明水化产物、未水化相分布状态对浆体力学性能、体积变形及抗裂性能的影响机理,特别是未水化相含量与颗粒尺寸及界面粘结情况对浆体本征力学性能的影响,建立浆体“变形-约束-开裂”模型,揭示浆体开裂判断依据; ③建立了复合水泥浆体组成、结构优化设计原则,调控了复合水泥浆体初始堆积状态和结构演变过程,通过协调浆体力学性能、体积变形、内部应力发展历程,显著改善复合水泥浆体稳定性和抗裂性能。 本研究有助于降低复合水泥、混凝土制备过程中的资源、能源消耗和碳排放,同时提高混凝土结构服役寿命,降低建筑物整个生命周期的环境负荷。通过改善混凝土耐久性,可以使建筑物使用寿命提高至50~60年,水泥混凝土用量可减少30%左右,建筑废弃物产生量减少50%左右,减少建筑重复投资、节省废弃物处置和环境治理成本。