摘要
超高性能混凝土（Ultra-HighPerformanceConcrete,UHPC），因为一般需掺入钢纤维或聚合物纤维，也被称作超高性能纤维增强混凝土（Ultra-HighPerformanceFibreReinforcedConcrete,UHPFRC）。由于其超高强度、优异的耐久性、高抗拉强度和高韧性的特点，在桥梁、公路、建筑维修加固、外墙装饰、轻薄结构和防护结构等工程应用具有广阔的应用前景。但传统UHPC因高水泥掺量存在高能耗的问题，进而加剧温室效应（UHPC中水泥掺量为800~1100kg/m3，约是普通混凝土水泥用量的3~4倍，水泥的生产会造成大量CO2的排放）。除此之外，UHPC使用最大粒径为600μm的磨细石英砂作为骨料，会增加成本和能耗，加重空气污染。利用粉煤灰、石灰石粉、矿渣和偏高岭土等矿物掺合料替代水泥；利用河砂等细骨料替代石英砂制备生态型UHPC是降低UHPC能耗的最直接途径。但已有研究的矿物掺合料和细骨料质量不稳定、供不应求、地域性等问题限制了生态型UHPC的发展与应用，寻求来源广泛、稳定易得的水泥和石英砂替换材料促进UHPC的绿色发展至关重要。膨胀珍珠岩（ExpandedPerlite，EP）由于其质轻、宜加工、保温、隔热等特性逐渐被人们重视，EP作为矿物掺合料和骨料已经广泛应用在建筑隔热保温材料、轻骨料混凝土以及轻质隔墙等应用中，因其质轻，易加工的优点有望在UHPC中得到应用，但在UHPC中的应用以及研究还未见报道。 本课题针对EP在水泥基复合材料中的研究现状，系统研究了EP作为填料和骨料分别替代UHPC中的水泥和石英砂，以及EP填料和EP骨料复掺对UHPC的新拌性能、硬化性能、水化历程以及碳排放的影响，并在此基础上提出EP基生态型UHPC的设计与制备。本文主要结论如下： （1）新拌性能测试结果表明，EP填料的掺加会显著提升UHPC新拌浆体的流动度，增加浆体的含气量，增加堆积密实度，缩短Mini-V型漏斗的通过时间，降低塑性粘度和剪切应力。EP骨料的吸水性以及多孔粗糙的颗粒形貌使基体需水量增加，流动度下降，塑性粘度和剪切应力降低；EP填料和EP骨料复掺同样会导致需水量增加，流动度下降； （2）硬化性能试验结果表明，EP填料、EP骨料的掺加以及两者复掺均会显著降低UHPC的早期抗压强度。随着养护龄期的延长，EP对UHPC后期（28d）抗压强度的影响逐渐减弱，所制备的EP基生态型UHPC表现出了优异的力学性能。此外，掺加EP会导致UHPFRC基体的粘度下降，使浆体中的钢纤维沉降，钢纤维的增强效果大幅降低，进而导致UHPFRC基体28d抗压强度下降幅度增大；电通量和RCM试验结果显示，掺加EP会显著降低UHPC的早期（7d）抗氯离子渗透性能，随着养护龄期的延长，掺加EP对UHPC的抗氯离子渗透性能的影响减弱，所制备的生态型UHPC表现出了优异的耐久性能；EP的掺加会显著降低UHPC的干表观密度。此外，抗冲击试验结果表明，掺加EP会提升UHPC的抗冲击性能； （3）水化历程结果表明，EP填料的掺加不会改变UHPC基体的水化产物类型；TG与DTG试验结果表明EP填料掺量在40%以内时，随EP填料掺量的增加，UHPC基体内的氢氧化钙含量逐渐减少，C-S-H的含量逐渐增多，这主要与EP填料的火山灰反应有关，EP填料掺量达到60%时，由于其稀释效应使基体内的氢氧化钙和C-S-H含量最低；水化热试验结果显示掺加EP填料会减少UHPC基体的24小时总放热量，但会加速基体的水化放热速率； （4）EP填料的掺加以及EP填料和EP骨料复掺能够显著降低UHPC的碳排放量，降低其能耗。与其他学者的研究相比，本课题所制备的生态型UHPC在保证优异力学性能的同时，能够进一步降低对环境的影响，验证了利用EP制备生态型UHPC的可行性。
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