矿物掺合料在高强混凝土中的作用机理

There are two distinctive characteristics for the hydration condition of mineral admixture used in high strength concrete: low water-to-binder ratio and high hydration temperature at early age. At present, high water-to-binder ratio and standard curing condition (20℃) are generally used for the research on the mechanism of mineral admixture's effect. The conclusions drawn from these researches are not effective in the case of high strength concrete. In addition, paste and mortar are normally used as the research object in the study of the mechanism of mineral admixture's effect. However, there are differences among the mechanisms of mineral admixture's effect in paste, mortar, and concrete. In this project, the hydration and hardening condition is set based on the characteristics of high strength concrete. A more accurate method to determine the reaction degree of mineral admixture is supposed to be developed. The chemical effect and physical filling effect of mineral admixture on the high strength concrete, and their influence on the hydration process of cement and the pore structure and transition zone of concrete will be analyzed comprehensively. Then the mechanism of mineral admixture's effect on the high strength concrete will be concluded from the relationship between its effects and performance of high strength concrete. Some suggestions on how to scientifically and efficiently apply mineral admixture to high strength concrete will be put forward.

在高强混凝土中使用的矿物掺合料的水化条件有两个突出特点：水胶比低、早期水化温度高。目前绝大部分关于矿物掺合料作用机理的研究采用了比较大的水胶比和标准养护条件（20℃），由此得出的结论并不适用于高强混凝土。此外，众多针对矿物掺合料作用机理的研究采用的研究对象是净浆和砂浆，而矿物掺合料在净浆、砂浆和混凝土中的作用机理是有差异的。本项目基于高强混凝土的特点设置相应的水化硬化环境条件，探索比较精确地测定矿物掺合料反应程度的方法，综合分析矿物掺合料在高强混凝土中所起的化学作用、物理填充作用；以及这些作用对水泥的水化过程、混凝土的孔和过渡区结构的影响，并将矿物掺合料所起的作用直接与高强混凝土的宏观性能演变相联系，从中总结归纳出矿物掺合料在高强混凝土中的作用机理。为如何科学、高效地在高强混凝土中利用矿物掺合料提供建议。

以硅灰、不同细度的矿渣和粉煤灰，以及惰性掺合料石灰石粉或石英粉为研究对象，探讨矿物掺合料在高强混凝土中的作用机理，包括矿物掺合料在不同养护温度下活性的变化及其反应对混凝土水化温升的贡献, 水泥基复合胶凝材料在低水胶比、不同养护温度条件下的水化动力学, 矿物掺合料在低水胶比、不同养护温度下的化学和物理作用, 矿物掺合料对高强混凝土微结构和宏观性能的影响, 不同养护温度和细度对矿物掺合料在高强混凝土中作用机理的影响。.基于高强混凝土的特点设置了多种水化温度条件，采用背散射电子图像分析、化学结合水量和强度发展等方法，比较精确地测定了复合胶凝材料中的矿物掺合料的反应程度，建立了基于BSE图像分析结果的表征矿物掺合料反应程度的方法；综合分析了矿物掺合料在高强混凝土中所起的化学作用、物理填充作用；以及这些作用对复合胶凝材料的水化过程、混凝土中的孔隙特征和过渡区结构的影响，并将矿物掺合料所起的作用与高强混凝土的宏观性能演变相联系，从中总结归纳出矿物掺合料在高强混凝土中的作用机理，建立了复合胶凝材料在不同水化温度下的水化动力学模型。基于粉体最紧密堆积理论，并考虑不同品种的矿物掺合料的化学活性，构建了复合胶凝材料。提出了复合胶凝材料组成优化原则，揭示了矿物掺合料对高强混凝土早期温升的影响机理；提出了适合中国混凝土配合比和原材料的高强混凝土的徐变预测模型。研究成果为如何科学、高效地在高强混凝土中利用矿物掺合料提供了理论基础和评价方法。.发表学术论文36篇，其中SCI收录论文11篇；出版专著1本；获得中国发明专利一项；主持编制国家标准一部；培养博士研究生2名、硕士研究生2名。部分研究成果“大掺量矿物掺合料在大体积混凝土中的作用机理及其工程应用”获得2015年华夏建设科学技术奖一等奖。.研究成果已在深圳平安金融中心建设工程、北京国贸三期B阶段建设工程和“中国尊”建设工程中应用，取得良好效果。C100混凝土千米高程泵送试验成果被鉴定委员会认为“达到国际领先水平”。这些研究成果经过集成，作为“深圳平安金融中心结构施工关键技术研究与应用”的一部分，获得2016年中建总公司科学技术奖一等奖（已公示）。