低水胶比混凝土材料水中后期再水化研究

The high performance concrete (HPC) and ultra-high performance concrete (UHPC) usually adopts low W/C ratio and compound mineral admixture. It generally remains unhydrated cementitious materials in hardened cement paste, which lead to evident rehydration in long-age. It significantly influences the performance of concrete. There is not enough attention has been paid so far upon the rehydration phenomenon. Existing research on rehydration is lack of quantitative analysis and acceleration test for rehydration. The micro and macro properties test and model analysis is utilized to investigate the mechanisms of rehydration in low W/C ratio cementitious material composite. Combined with cement hydration and diffusion theory, the rehydration model is established. The micro morphology and micro mechanical properties of rehydration products are studied through SEM, XRD, TEM and DSI. The influence mechanisms of W/C ratio, mineral admixtures, curing methods and environment temperature on the rehydration are further discussed. Combined with general discussion of rehydration effects, the repair and regeneration mechanisms of rehydration are clarified. The acceleration test method for long-age rehydration is established. The calculation method for equivalent age is proposed for quantitative analysis of the effect of rehydration on concrete properties. The research results will provide theoretical and technical support for engineering application of high performance and ultra-high performance concrete.

高性能与超高性能混凝土由于采用低水胶比和复合矿物掺合料，硬化浆体内未水化胶凝材料存在明显的再水化现象，并影响混凝土的长期性能。低水胶比混凝土的再水化问题尚未引起工程界的足够重视，并缺乏系统的定量化研究和相关作用机理的探索。本项目通过宏观性能测试、微观试验与模型分析相结合，研究低水胶比复合胶凝材料的再水化作用机理；结合胶凝材料水化理论和扩散理论，建立再水化作用模型；通过SEM、XRD、TEM和纳米压痕等微观试验，探明再水化产物的微观形貌和微观力学特性；基于再水化模型与产物微观特性，研究水胶比、矿物掺合料、养护制度、环境温度等因素对再水化作用的影响规律及其微观机理。综合分析再水化对低水胶比混凝土性能的影响，探明再水化过程对混凝土损伤的修复作用及其微观机理，建立模拟再水化作用的加速试验方法，提出再水化作用的等效龄期定量分析方法。为高性能与超高性能混凝土在工程中科学合理地应用提供理论与技术支撑。

高性能与超高性能混凝土由于采用低水胶比和复合矿物掺合料，硬化浆体内未水化胶凝材料存在明显的再水化现象，并影响混凝土的长期性能。低水胶比混凝土的再水化问题尚未引起工程界的足够重视，并缺乏系统的定量化研究和相关作用机理的探索。本项目通过试验研究与理论分析，研究了再水化作用对低水胶比混凝土力学性能和耐久性能的影响规律，分析了不同因素对复合胶凝材料体系中未水化胶凝材料再水化的影响，建立了再水化模型，研究了再水化作用对混凝土微观结构的影响及再水化产物的微观形貌，分析了再水化作用机理，提出了再水化加速试验方法。研究结果表明，再水化对水泥净浆试件力学性能的影响表现为修复-损伤-再修复；再水化对初始损伤较轻的混凝土表现为先损伤再修复，对初始损伤较重的混凝土表现为先修复再损伤，对初始损伤严重的混凝土表现为持续修复；再水化主要受到未水化水泥数量和水分传输难易程度影响，再水化速率随着水灰比的增大先增大后减小，室内自然条件下C3S再水化速率几乎接近于0，外界水分是再水化发生的重要因素；温度对再水化加速作用显著，修复阶段水泥净浆试件抗压强度上升速率随温度的升高而增大，不同温度的强度最大值接近，而损伤阶段试件强度最小值随温度升高而降低；水泥水化动力学模型中的扩散理论适用于再水化模型，基于水泥熟料矿物独立化假设，建立了再水化模型；再水化前期，AFt晶体、C-S-H凝胶等再水化产物填补水泥基材料内部初始孔隙，孔结构不断细化，后期再水化产物体积膨胀导致出现微裂缝，水泥基材料性能劣化；建议采用温度60 ℃水浴环境开展再水化加速试验。上述研究结果可为高性能与超高性能混凝土在工程中科学合理地应用提供了理论与技术支撑。