大掺量矿物掺合料在蒸养混凝土中的作用机理

Precast concrete technology is one of the key technologies for the realization of construction industrialization. Stream curing is the key technology of precast concrete technology. Mineral admixtures are widely used in cast-in-site concrete, but their utilization ratio in stream cured concrete is very low. The application of high-volume mineral admixture to stream cured concrete can promote its low-carbon development. In the meanwhile, mineral admixtures make more contribution to the concrete under stream curing condition, which might improve some properties of stream cured concrete. This project will investigate the influence mechanism of high-volume mineral admixture on the optimum pre-curing time based on the relationship between initial hydration properties of complex binder and the optimum pre-curing time. It will also investigate the influence mechanism of high-volume mineral admixture on the optimum stream curing temperature based on the relationship between the activity of mineral admixture and the curing temperature. The developing law of microstructure and macro-properties of stream cured concrete with high-volume mineral admixture, and the role of high-volume mineral admixture in the hydration and hardening process of cement-based complex binder will be revealed. The influence of high-volume mineral admixture on the cracking risk of stream cured concrete at late ages will be investigated. The results of this project will provide theoretical basis for the application of high-volume mineral admixture to the stream cured concrete.

预制混凝土技术是实现建筑工业化的重要技术之一，蒸养工艺是预制混凝土技术的核心技术。矿物掺合料已在预拌现浇混凝土中得到广泛应用，但在蒸养混凝土中的利用率较低。将大掺量矿物掺合料应用于蒸养混凝土中，可以推动蒸养混凝土走向"低碳"发展，且矿物掺合料在蒸养条件下更能发挥其作用，并能够改善蒸养混凝土的一些性能。本申请项目将根据复合胶凝体系初期水化性能与最佳预养时间的关系，探索大掺量矿物掺合料对蒸养混凝土的最佳预养时间的影响机理；根据蒸养条件下矿物掺合料的活性与蒸养温度的关系，探索大掺量矿物掺合料对蒸养混凝土的最佳蒸养温度的影响；揭示含大掺量矿物掺合料的蒸养混凝土的宏观性能和微结构的发展规律；揭示蒸养条件下大掺量矿物掺合料在水泥基复合胶凝体系水化硬化过程中的作用机理；探索大掺量矿物掺合料对蒸养混凝土的后期开裂风险的影响和机理。本申请项目的研究成果对在蒸养混凝土中使用大掺量矿物掺合料提供理论基础。

预制混凝土技术是实现建筑工业化的重要技术之一，蒸养工艺是预制混凝土技术的核心技术。矿物掺合料已在预拌现浇混凝土中得到广泛应用，但在蒸养混凝土中的利用率较低。将大掺量矿物掺合料应用于蒸养混凝土中，可以推动蒸养混凝土向“低碳”发展，并能够改善蒸养混凝土的性能。本项目选取粉煤灰、普通矿渣和超细矿渣作为典型的矿物掺合料，研究了大掺量矿物掺合料混凝土的合理蒸养制度，在此基础上研究了提高温度对矿物掺合料反应程度的影响规律、含大掺量矿物掺合料混凝土的强度发展规律、连通孔隙率、抗氯离子渗透和抗硫酸盐侵蚀等耐久性能、延迟钙矾石生成和长期体积稳定性，并探讨了超细矿渣在蒸养混凝土中的应用。研究结果表明，在60°C蒸养的条件下，当粉煤灰掺量不超过40%时，通过延长蒸养时间并同时降低水胶比，大掺量粉煤灰蒸养混凝土可以获得理想的拆模强度和较好的抗氯离子渗透性能，但其后期强度发展和抗硫酸盐侵蚀性能与纯水泥蒸养混凝土相比并没有明显改善。大掺量普通矿渣混凝土仅需要适当延长蒸养时间就可以获得理想的拆模强度和较好的后期强度发展。普通矿渣对蒸养混凝土抗氯离子渗透性能和抗硫酸盐侵蚀性能的改善作用比粉煤灰更显著。大掺量超细矿渣混凝土无需或仅需略微延长蒸养时间就能获得理想的拆模强度和很好的抗氯离子渗透和抗硫酸盐侵蚀性能。但相比大掺量普通矿渣蒸养混凝土，大掺量超细矿渣蒸养混凝土的后期性能并不具备明显的优越性。蒸养温度从60°C升高到80°C时，大掺量粉煤灰蒸养混凝土钙矾石延迟生成的时间与90°C蒸养的纯水泥混凝土相比明显推迟；大掺量矿渣蒸养混凝土在135d以前都没有检测到AFt和AFm的存在，在4年龄期时检测到了AFt的存在。80°C蒸养条件下大掺量粉煤灰混凝土4年龄期时的膨胀量明显大于60°C蒸养的纯水泥混凝土，大掺量矿渣混凝土4年龄期时的膨胀量则与60°C蒸养的纯水泥混凝土相差不大。本项目的研究成果能为在蒸养混凝土中使用大掺量矿物掺合料提供理论依据。