摘要
偏高岭土（MK）是高岭石类粘土在500-800℃下煅烧1-3h后，经脱羟基衍变而成的一种活性材料，适当研磨后具备超高的比表面积和优异的活性。MK在制备过程中只释放水蒸气，对环境无污染，且能源消耗低，是一种低碳环保的绿色活性材料。超高性能混凝土（UHPC）是近些年新兴的一种极具创造性的水泥基材料，具有超高的力学和耐久性能。但是UHPC存在制备成本高和水泥利用率低等缺点，使其在工程中的应用受到一定程度限制。基于此，本文采用偏高岭土作为活性粉末，并用石灰石粉替代部分水泥，制备UHPC基体。研究标准养护和蒸汽养护制度下，掺偏高岭土UHPC基体的力学性能发展规律、水化和微观结构、后期高温水浴养护以及长期水浴养护下UHPC基体的再水化特性，为掺偏高岭土UHPC材料在工程中的应用提供可靠的理论基础。本文研究的UHPC基体分为单掺偏高岭土和复掺偏高岭土与石灰石粉两个系列，主要研究工作和成果如下： （1）研究标准养护和蒸汽养护（55或90℃蒸养24或48h）制度下，偏高岭土掺量（0-20%）对UHPC基体抗压和抗折强度的影响规律。表明偏高岭土掺量为15%时，两个系列的UHPC基体力学性能最优。蒸养能够大幅度提高UHPC基体的早期抗压强度，但同时会增大基体的脆性从而显著降低抗折强度，并且会抑制掺偏高岭土基体的后期强度发展。28d龄期后，标准养护和蒸汽养护制度下的掺偏高岭土UHPC基体抗压强度相近。 （2）标准养护制度下掺偏高岭土UHPC基体的水化和微观结构研究表明，前7天龄期内偏高岭土活性反应迅速，7天后反应速率显著降低，但7-90d内仍有持续的偏高岭土活性反应发生。UHPC基体内的凝胶体化学结合水量随偏高岭土掺量增加而提高，而氢氧化钙数量则不断减小，UHPC基体的孔结构也随之明显细化。偏高岭土掺量超过10%后，UHPC基体的凝胶体以及剩余的氢氧化钙数量接近，并且具有相似的微观结构。复掺偏高岭土与石灰石粉基体中，当偏高岭土掺量不超过5%时，偏高岭土与石灰石粉会发生较明显的协同反应。 （3）蒸汽养护掺偏高岭土UHPC基体的水化和微观结构分析表明，提高早期养护温度能够显著提高偏高岭土的早期反应活性。蒸养后，随龄期增长UHPC基体内的水泥水化速率以及偏高岭土的活性反应速率非常缓慢。90℃蒸养后，基体28d龄期的偏高岭土活性反应程度仍然明显高于标准养护时的活性反应程度。相对标准养护，蒸养UHPC基体的后期水泥水化程度会有一定程度的降低。微观结构分析表明蒸养能够进一步细化UHPC基体的孔径，提高基体中的小孔径（lt;20nm）比例。 （4）标准养护28d龄期的掺偏高岭土UHPC基体在80℃高温水浴中浸泡28天后会有较大程度的再水化反应发生。而蒸汽养护UHPC基体经历短期高温水浴后的再水化程度则显著减小，再水化反应主要是偏高岭土的活性反应。短期高温水浴中UHPC基体的再水化反应不会明显降低抗压强度，但会使抗折强度有不同程度的下降，减小早期养护温度能够有效缓解基体再水化后的抗折强度损失效应。孔结构分析表明再水化反应在细化基体中20nm以下孔径的同时，还会促使UHPC基体中生成少量大孔径（100μm）。 （5）掺偏高岭土UHPC基体在90-365d常温水浴养护条件下的再水化表明，再水化反应由水泥水化反应和偏高岭土活性反应两部分组成。标准养护和蒸汽养护条件下的UHPC基体再水化程度相似，早期蒸汽养护不会明显抑制UHPC基体长期水浴中的再水化反应。UHPC基体365d时的抗压强度相较90d时没有明显降低，复掺偏高岭土与石灰石粉基体的抗折强度会有较大提高，而单掺偏高岭土基体的抗折强度会一定程度的降低。UHPC基体再水化的孔结构发展规律与短期高温水浴下基体的孔结构发展规律相似。
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