摘要
超高性能水泥基材料（Ultra-high Performance Concrete，UHPC）早期自收缩发展迅速，增加了结构开裂风险。多孔内养护技术可有效缓解UHPC内部自干燥现象，抑制基体自收缩发展，具有极佳的工程应用前景。然而，以多孔集料作为UHPC体系内养护介质的研究，当前仍存在较多不足，主要表现为：主导引入多孔内养护介质UHPC自收缩、干燥收缩演变行为的潜在驱动机制缺乏统一认识；多孔材料孔道构造、粒径、吸水状态、夹带水总量及孔结构修饰工艺对其内养护效率的调控机理缺乏系统研究。基于此，本文以UHPC基体为研究对象，对以上问题展开了针对性研究。主要研究内容及结果如下： （1）通过对引入不同预湿程度多孔集料UHPC复合基体水化产物、水化进程和内部湿度、温度的表征和监测，揭示了引入多孔内养护介质UHPC基体自收缩多重演变行为及其潜在驱动机制。研究结果表明，UHPC基体多段式自收缩演变过程受液相体积补偿、水化动力、热变形及毛细负压耦合作用。在水化动力和毛细负压主导阶段，UHPC基体自收缩发展分别与胶凝体系水化率和基体内部相对湿度下降程度呈二项式函数相关。同时表明，基于传统Powers内养护需水量理论模型对引入多孔内养护介质UHPC体系进行内养护参数设计是存在局限性的。而采用相对高掺量的低吸水状态预湿集料作为内养护介质是配制低收缩UHPC的最合理策略。优化条件下，UHPC力学性能与基准组保持同一水平的同时，其7d自收缩变形总量降低60%。 （2）利用改进型收缩测试方法对引入预湿多孔集料UHPC复合基体自收缩和干燥收缩进行分离，并对基体孔结构特征和C-S-H凝胶结构进行了系统评价，明确了内养护夹带水分对UHPC复合基体长期干燥收缩的不利影响及其作用机理。研究结果表明，UHPC基体干燥收缩在总收缩中占比高达35~67%，且长期干燥收缩总量与体系实际总w/b比呈现良好线性正相关关系。UHPC基体干燥收缩发展呈“二程”式，其中，早期由基体中连通孔隙特性主导，而后期C-S-H失水则为核心驱动力。 （3）以天然轻质浮石为UHPC基体内养护介质，通过对浮石集料孔道构造、孔参数和吸-释水进程进行系统评价，深入探究了浮石集料粒径、吸水状态及夹带水总量对复合基体力学性能、体积稳定性、孔结构、水化特性和微结构的影响。研究结果表明，以低强浮石集料取代河砂配制UHPC基体在力学性能上是完全可行的；掺入预湿浮石UHPC基体早期自收缩降低30~50%，且较大粒径浮石集料表现出更优的内养护潜力；引入浮石内养护机制UHPC基体干缩行为对集料尺寸表现出较强的敏感性，过高含量的内养护夹带水分可能对复合基体长期体积稳定性产生劣化；内养护夹带水分对UHPC胶凝体系水化进程的影响表现为早期抑制，后期促进；较大粒径预湿集料可细化UHPC基体孔结构，但同时会导致其中连通孔隙占比提高，而过小粒径集料则对基体孔隙结构发展存在不利影响；预湿集料-浆体ITZ结构明显窄化和致密化，其细微观力学性质显著改善。 （4）采用煅烧和酸蚀改性工艺对片沸石孔结构进行修饰，并对改性后沸石结构、性质及沸石基UHPC基体综合性能展开评价，证实了沸石孔结构修饰对激发其内养护潜能的积极作用。研究结果表明，改性沸石饱和吸水率增大，释水效率提高。掺入经400℃煅烧和酸蚀改性的预湿沸石集料不仅能改善UHPC基体力学性能，而且其内养护减缩效率显著提高。其中，沸石结构酸蚀改性为最优修饰工艺，相比预湿原沸石，酸蚀改性沸石基UHPC基体28d强度提高15%，7d自收缩变形总量降低25%，7d快速氯离子扩散系数降低55%。 本文研究揭示了引入多孔内养护机制UHPC基体早期自收缩和长期干燥收缩演变过程中的潜在驱动机制，为UHPC体积稳定性调控奠定了基础；明确了轻集料和改性集料内养护技术的可行性和优越性，为轻质、低收缩及功能化UHPC材料设计提供了技术支撑。
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