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活性粉末混凝士RPC(Reactive Powder Concrete)是一种新型超高性能水泥基复合材料(UHPCC)。本文在国外RPC材料研究的基础上,采用天然细砂替代国内外RPC中的石英粉,通过二元、三元矿物掺合料复合技术,充分发挥超细矿物掺合料的粒径叠加、活性互补效应,大掺量取代水泥,经过系统的试验和配比优化,改善微集料-水泥凝胶、细集料-水泥基和高强粗集料-水泥砂浆整体的界面区细观与微观结构,成功制备出流动性好、强度高(100MPa~200MPa)、韧性大、抗爆炸与抗侵彻能力好绿色超高性能水泥基复合材料(GUHPCC)。
本文分析了矿物掺合料掺量和掺入方式、水胶比、砂胶比、纤维体积分量、粗集料掺入种类、成型压力与持荷时间对GUHPCC的流动性能、静态力学性能(抗压和抗折强度、抗拉强度、弯曲韧性)、动态力学性能(撞击和冲磨)的影响,对矿物掺合料掺量和掺入方式的研究表明,二元、三元矿物掺合料掺入方式对GUHPCC的工作性能有着明显的改善作用,通过分析水胶比和砂胶比对GUHPCC的各种性能的影响,确定了最终设计了GUHPCC制备基体的最优配合比(硅灰10%,粉煤灰10%,矿粉30%),最优水胶比和砂胶比分别为0.17和1.2。对钢纤维体积含量的研究分析表明了钢纤维的加入对GUHPCC抗压、抗折、抗拉强度和韧性有着明显的提高和改善作用。另外本文还采用压力成型技术和热水养护制度对GUHPCC进行制备,结果表明,这两种技术的应用明显改善了环保型GUHPCC的力学性能。
在材料优选与优化的基础上在现场制备多系列具有高动态效应和不同材料组成结构的高与超高性能水泥基复合材料,合理设计靶体尺寸,进行抗爆炸与抗侵彻试验,分析不同系列高与超高性能混凝土的爆炸与侵彻破坏特性和机理。
本文通过原材料粒径分析、压汞分析、X射线衍射、SEM扫描电镜等手段研究了GUHPCC具有超高性能的微观机理及结构。分析表明通过多元复合超细矿物掺合料,优化了基体粉体的粒径分布,提高了基体的密实度。X射线衍射结果显示GUHPCC基体中的Ca(OH)2和未水化水泥熟料的含量随着养护温度的提高而减少,这说明提高温度促进了水泥水化、激发了超细矿物掺合料的火山灰活性,达到优化微观结构、提高基体性能的作用。利用SEM扫描电镜技术,观察了GUHPCC水泥基-细集料、水泥砂浆整体-高强粗集料,基体-纤维界面区。
试验结果充分表明:本文所研制的GUHPCC各项静态力学性能和动态力学性能优异,具有高抗冲击、抗震塌、抗侵彻工程防护能力,是一种应用前景广泛、性价比高、绿色超高性能的水泥基复合材料。