不同養(yǎng)護(hù)制度下?lián)借F尾礦粉超高性能混凝土力學(xué)性能

張鴻儒， 季 韜， 劉福江， 何炳堅(jiān)， 張松安

(福州大學(xué)土木工程學(xué)院， 福建 福州 350108)

0 引言

超高性能混凝土(ultra high performance concrete， UHPC)是一種高強(qiáng)、 高韌、 高耐久的水泥基材料[1-3].

UHPC的抗壓強(qiáng)度通常高于150 MPa， 約為傳統(tǒng)混凝土的3倍甚至以上； UHPC具有優(yōu)異的韌性和斷裂能力， 和高性能混凝土相比， UHPC的韌性提高了300倍以上， 使其在超載環(huán)境下或地震中具有更優(yōu)異的結(jié)構(gòu)可靠性； 同時， UHPC具有優(yōu)異的耐久性能， 可延長結(jié)構(gòu)在惡劣環(huán)境中的使用壽命， 減少混凝土結(jié)構(gòu)的維修費(fèi)用.

UHPC配合比設(shè)計(jì)的基本原則之一是盡可能提高水泥砂漿的密實(shí)程度[4-5]， 因此合理使用超細(xì)填料對于制備UHPC尤為重要. 目前廣泛使用的超細(xì)填料為粒徑低于150 μm的石英粉[6-7](quartz powder, QP)， 但大量使用超細(xì)石英粉將增加患癌風(fēng)險[8]， 此外， 超細(xì)石英粉價格較高， 不利于UHPC的材料成本控制. 因此， 采用更為環(huán)保、 無害、 低成本的材料替代磨細(xì)石英粉配制UHPC是必要的.

已有學(xué)者采用不同的工業(yè)副產(chǎn)品或廢料替代石英粉配制UHPC， 取得了良好的環(huán)保與經(jīng)濟(jì)效益， 這些工業(yè)副產(chǎn)品包括玻璃粉[8]、 礦渣[9]、 天然黃砂[10]、 超細(xì)石灰石粉[11]等. 在福建省， 鐵尾礦粉是一類可能適用于替代石英粉生產(chǎn)UHPC的工業(yè)廢料. 福建省鐵礦石開采、 加工過程中產(chǎn)生大量尾礦， 其堆放和填埋加重了人地矛盾、 造成了嚴(yán)重的環(huán)境污染. 相關(guān)研究[12]表明鐵尾礦粉化學(xué)成分主要有鈣、 鎂、 硅、 鋁的氧化物和少量鈉、 鉀、 硫、 鐵的氧化物， 其中二氧化硅含量較高， 而石英粉的主要成分也是二氧化硅， 因此磨細(xì)后的鐵尾礦粉有替代石英粉配制UHPC的潛質(zhì).

本研究擬采用鐵尾礦粉(iron tail mineral powder, ITMP)替代石英粉用于配制UHPC， 研究其力學(xué)性能， 探索其可行性； 同時研究不同的養(yǎng)護(hù)制度對摻鐵尾礦粉UHPC力學(xué)性能的影響規(guī)律， 結(jié)合微觀試驗(yàn)測試結(jié)果探究其影響機(jī)理， 提出適用于摻鐵尾礦粉UHPC的養(yǎng)護(hù)制度.

1 試驗(yàn)概況

1.1 原材料

配制UHPC主要原材料包括由水泥、 硅灰、 天然砂、 石英粉、 鐵尾礦粉、 鋼纖維、 減水劑、 水等. 本研究使用水泥為42.5 R普通硅酸鹽水泥， 化學(xué)成分如表1所示； 使用硅灰粒徑范圍為0.1～0.2 μm， 中值粒徑為0.162 μm， 表觀密度為2 285 kg·m-3， 堆積密度為204 kg·m-3； 細(xì)集料采用閩江河砂， 根據(jù)《建筑用砂(GB/T 14684—2011)》[13]測得其技術(shù)指標(biāo)如表2所示； 減水劑采用CX-8型聚羧酸系高效減水劑， 減水率為25%左右； 鋼纖維選用表面鍍銅光面平直鋼纖維， 直徑約0.15～0.2 mm， 長度為13 mm.

表1 普通硅酸鹽水泥的化學(xué)成分

表2 天然河砂主要物理性能

圖1 粒徑分布曲線及累計(jì)篩余率Fig.1 Particle size distribution and cumulativesieve residues

超細(xì)石英粉購于安徽， SiO2含量超過99.5%； 磨細(xì)鐵尾礦粉產(chǎn)自福建， 主要化學(xué)成分見表3. 由表3可見， 鐵尾礦粉中SiO2含量最高， 但低于石英粉. 參照《粉煤灰混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)范(GB 50146—2014)》[14]測得本研究所用石英粉和鐵尾礦粉需水量比分別為85.71%和89.29%， 二者相差不大. 石英粉和鐵尾礦粉的粒徑分布曲線及不同粒徑范圍內(nèi)的累積篩余率曲線見圖1. 由圖1可得石英粉和鐵尾礦粉的平均粒徑分別為44.89和37.18 μm， 中值粒徑為35.95和18.25 μm， 因此所用磨細(xì)鐵尾礦粉整體上比石英粉更細(xì). 石英粉和鐵尾礦粉的XRD圖譜見圖2. 由圖2知， 石英粉和鐵尾礦粉的XRD圖譜都異常尖銳， 沒有出現(xiàn)“饅頭峰”， 表明其中玻璃體含量較低， 物質(zhì)的存在形式以晶體為主. 石英粉中的SiO2幾乎全部以石英晶體形式存在， 鐵尾礦粉的主要晶體成分有石英、 鈣鐵榴石(Ca3Fe2Si3O12)和鈣鋁榴石(Ca3Al2Si3O12)， SiO2主要以石英晶體的形式存在， 而CaO、 Fe2O3、 Al2O3等則主要以鈣鐵榴石和鈣鋁榴石晶體的形式存在.

表3 鐵尾礦粉主要化學(xué)成分

圖2 石英粉和鐵尾礦粉XRD圖譜Fig.2 X-ray diffraction (XRD) patterns of the employed QP and ITMP

1.2 配合比設(shè)計(jì)

UHPC的配合比設(shè)計(jì)見表4. 水膠比為0.18， 減水劑用量為水泥的2.5%， 鋼纖維體積摻量為2%. 按鐵尾礦粉取代石英粉的不同比例共配制5組UHPC， 分別標(biāo)記為I0、 I25、 I50、 I75、 I100， 其中I代表鐵尾礦粉(ITMP)， 數(shù)字代表鐵尾礦粉取代石英粉的質(zhì)量比率.

表4 摻鐵尾礦粉UHPC配合比

1.3 試驗(yàn)方法

1) 養(yǎng)護(hù)制度設(shè)計(jì). 本研究設(shè)置3種養(yǎng)護(hù)制度， 即標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)(standard curing, SC)、 恒溫水養(yǎng)(water curing, WC)及蒸壓養(yǎng)護(hù)(autoclaved curing, AC). 標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)的溫度為18～22 ℃， 相對濕度大于95%. 對于恒濕水養(yǎng)的試件， 目前研究及實(shí)踐中廣泛采用的方案為： 試件首先在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室養(yǎng)護(hù)24 h后拆模， 而后置于恒溫水養(yǎng)箱中進(jìn)行90 ℃熱水養(yǎng)護(hù)48 h， 最后轉(zhuǎn)入標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室中養(yǎng)護(hù)至相應(yīng)齡期[15-16]. 對于蒸壓養(yǎng)護(hù)的試件， 前人已經(jīng)證實(shí)， 蒸壓養(yǎng)護(hù)的時間、 溫度和壓力均可顯著影響超高性能混凝土的力學(xué)性能[15-18]. Yaz1c1等[17]研究表明， 并非蒸壓養(yǎng)護(hù)的時間越長、 溫度越高越好， 在加入磨細(xì)石英砂的UHPC中， 在100 ℃以上會發(fā)生火山灰反應(yīng)從而生成Tobermorite， 溫度更高時， 還可能生成Xonolite， 這對提高強(qiáng)度是有利的； 然而， 超過一定的溫度或壓力范圍、 以及采用過長的高溫養(yǎng)護(hù)也可能會導(dǎo)致更多晶態(tài)C-S-H的生成， 而過多無定形物質(zhì)轉(zhuǎn)化為晶體對超高性能混凝土反而有不利影響[19-20]. 因此， 需采用合理的蒸壓養(yǎng)護(hù)溫度和時間以保證UHPC的良好力學(xué)性能. 通過參考前人研究成果[15-20]及混凝土預(yù)試驗(yàn)測試結(jié)果， 最終設(shè)計(jì)的蒸壓養(yǎng)護(hù)制度為： 試件首先在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室養(yǎng)護(hù)24 h后拆模， 而后在蒸壓釜中養(yǎng)護(hù)8.5 h， 最后轉(zhuǎn)入標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室中繼續(xù)養(yǎng)護(hù). 其中試件在蒸壓釜中養(yǎng)護(hù)時的操作為： 試件在蒸壓釜中， 抽真空半小時， 而后在1 h內(nèi)升溫至190～200 ℃、 飽和水蒸氣壓升至1.2 MPa， 而后保持恒溫恒壓6 h， 最后在2 h內(nèi)緩慢降溫至室溫、 降壓至標(biāo)準(zhǔn)大氣壓.

2) 測試方法. 按《水泥膠砂流動度測定方法(GB/T 2419—2005)》[21]規(guī)定， 采用跳桌法、 以拌合物的擴(kuò)展直徑表征拌和物的流動度， 參照《水泥膠砂強(qiáng)度檢驗(yàn)方法(GB/T 17671—1999)》[22]， 測試養(yǎng)護(hù)28 d的抗壓、 抗折強(qiáng)度并計(jì)算折壓比. 同時本研究采用X/Pert Pro MPD型X射線粉末衍射儀(X-ray diffraction, XRD)分析硬化水泥漿體中晶體產(chǎn)物種類； 采用Quanta 250型掃描電鏡(scanning electron microscope, SEM)觀測內(nèi)部水化產(chǎn)物微觀形貌， 并結(jié)合XFlash6-30型能譜儀(energy dispersive spectrometer, EDS)對水化產(chǎn)物進(jìn)行元素分析； 采用氮吸附法、 利用ASAP 2020M型全自動比表面積及微孔孔徑分析儀對硬化水泥漿體的孔結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析.

此外， 采用THSV-1-800M-AXY型自動顯微硬度測量儀， 測試不同養(yǎng)護(hù)制度下?lián)借F尾礦粉UHPC水泥石的顯微硬度[23]. 顯微硬度測試儀實(shí)際上是維氏硬度測試儀， 這項(xiàng)技術(shù)主要是在材料表面施加恒載并持載一定的時間， 通過測量材料表面所留下的壓痕的尺寸， 來反算材料的顯微硬度. 在本研究顯微硬度測試中， 在UHPC基體上施加的力為0.49 N， 持荷時間為5 s. 測試后每個測點(diǎn)所對應(yīng)的顯微硬度值由下式計(jì)算[24]：

(1)

式中： MH為顯微硬度， MPa；P為施加的恒載，P=0.49 N；α為壓頭的對角線角度，α=136°；d為測試后在試樣表面留下的壓痕的平均對角線長度， mm.

2 分析與討論

2.1 流動度

測得I0、 I25、 I50、 I75、 I100的擴(kuò)展直徑分別為： 198、 197、 195、 193、 192 mm. 可見， 隨鐵尾礦粉取代率的增大， UHPC的流動度幾乎不變. 如前所述， 鐵尾礦粉的需水量與石英粉相差不大， 因此， 采用鐵尾礦粉取代石英粉配制UHPC， 其流動度基本不受影響， 完全可以達(dá)到施工泵送要求.

2.2 宏觀力學(xué)性能

3種養(yǎng)護(hù)制度下、 不同鐵尾礦粉取代率的UHPC在養(yǎng)護(hù)28 d齡期時的抗壓強(qiáng)度、 抗折強(qiáng)度及折壓比見圖3. 由圖3可知， 在任意一種養(yǎng)護(hù)制度下， UHPC抗壓強(qiáng)度、 抗折強(qiáng)度、 折壓比隨鐵尾礦粉取代率的變化略有波動， 但總體相差不大. 在蒸壓養(yǎng)護(hù)28 d后， 5組UHPC的抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度都分別達(dá)到約165和37 MPa， 折壓比達(dá)0.23左右， 可滿足UHPC對力學(xué)性能的要求. 因此， 若僅從力學(xué)性能看， 采用鐵尾礦粉取代石英粉配制UHPC可行.

圖3 UHPC的宏觀力學(xué)性能Fig.3 Macro mechanical properties of UHPC

圖3還表明， 采用蒸壓養(yǎng)護(hù)的摻鐵尾礦粉UHPC力學(xué)性能更優(yōu)， 恒溫水養(yǎng)次之， 標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)的最低. 以I100為例， 與標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)相比， 其恒溫水養(yǎng)下抗壓強(qiáng)度、 抗折強(qiáng)度、 折壓比提高14.5%、 21.7%、 6.4%； 在蒸壓養(yǎng)護(hù)下則分別提高33.8%、 53.3%、 14.6%. 恒溫水養(yǎng)和蒸壓養(yǎng)護(hù)提升摻鐵尾礦粉UHPC抗壓、 抗折強(qiáng)度及折壓比(反映UHPC韌性的重要指標(biāo))的內(nèi)在機(jī)理， 將結(jié)合下一節(jié)細(xì)微觀測試結(jié)果進(jìn)行分析.

2.3 細(xì)微觀性能2.3.1 水泥石水化產(chǎn)物成分分析

在養(yǎng)護(hù)28 d時， I0和I100水泥石XRD衍射圖譜見圖4. 由圖4可見， 無論何種養(yǎng)護(hù)制度， 配合比I0和I100的XRD圖譜中石英的衍射峰均最高； 由于鐵尾礦粉中石英含量低于石英粉， 因此I100與I0相比， 石英峰強(qiáng)度較低. 雖然本研究中的XRD試驗(yàn)結(jié)果并不能對各類晶體含量進(jìn)行定量分析， 但圖4表明不同養(yǎng)護(hù)制度下， I100組UHPC中石英、 鈣鐵榴石和鈣鋁榴石的衍射峰并沒有明顯改變， 表明用鐵尾礦粉取代石英粉后， 鐵尾礦粉中的鈣鐵榴石和鈣鋁榴石晶體可能并未參與水泥二次水化， 這是由于這兩種晶體成份的火山灰活性本來較低， 即使在蒸壓養(yǎng)護(hù)下， 其活性也不易被激發(fā).

圖4 水泥石XRD衍射圖譜Fig.4 XRD patterns of the cement matrix

對比不同的養(yǎng)護(hù)制度下的XRD圖譜， 可以看到， 標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)下檢測出了較大量的未參與水化的C2S、 C3S， 且Ca(OH)2含量相對較高， 而與之對比， 恒溫水養(yǎng)和蒸壓養(yǎng)護(hù)下C2S和C3S的衍射峰強(qiáng)度較低， 表明采用恒溫水養(yǎng)和蒸壓養(yǎng)護(hù)制度后， UHPC中水泥水化更加完全. 在蒸壓養(yǎng)護(hù)下未檢測出Ca(OH)2晶體， 同時檢測出大量托貝莫來石Tobermorite， 表明蒸壓養(yǎng)護(hù)下生成了晶體化程度更高的C-S-H(類Tobermorite晶體結(jié)構(gòu))， 這可能與蒸壓養(yǎng)護(hù)激發(fā)硅灰、 石英粉、 鐵尾礦粉火山灰活性、 參與水泥二次水化有關(guān)[14, 16, 25]. 為更直觀地對比不同養(yǎng)護(hù)制度對摻鐵尾礦粉UHPC的水化產(chǎn)物的影響， 圖5給出了I100組UHPC水泥石在3種養(yǎng)護(hù)制度下的主要水化產(chǎn)物形貌.

圖5 水泥石SEM圖像Fig.5 SEM images of the cement matrix

在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)制度(圖5(a))下， 配合比I100的水化產(chǎn)物主要為針棒狀的C-S-H和六角棱片狀的Ca(OH)2晶體. 恒溫水養(yǎng)制度(圖5(b))下， 水化產(chǎn)物主要為針棒狀的C-S-H， 六角棱片狀的Ca(OH)2晶體較少. 而蒸壓養(yǎng)護(hù)條件下(圖5(c))的水化產(chǎn)物主要為草葉狀或蠕蟲狀C-S-H， 其結(jié)構(gòu)更加致密(類似1.4 nm Tobermorite)， 片狀的Ca(OH)2晶體則幾乎看不到， 這與XRD試驗(yàn)結(jié)果一致， 也與前人采用恒溫水養(yǎng)和蒸壓養(yǎng)護(hù)研究UHPC中水化產(chǎn)物種類及形貌所得結(jié)論一致[16-19].

3種養(yǎng)護(hù)制度下I100中水泥水化產(chǎn)物的EDS能譜圖見圖6(橫坐標(biāo)E代表射線能量； 縱坐際cps為counts per second的縮寫， 表示信號強(qiáng)度)， 可得到標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)、 恒溫水養(yǎng)、 蒸壓養(yǎng)護(hù)制度下水泥水化產(chǎn)物的Ca/Si分別為1.993、 1.362、 0.864， 依次下降， 這一定程度上反映了硅灰、 石英粉或鐵尾礦粉在恒溫水養(yǎng)和蒸壓養(yǎng)護(hù)下參與反應(yīng)程度的提高[17]. 前人已經(jīng)證實(shí)了高溫養(yǎng)護(hù)或蒸壓養(yǎng)護(hù)可顯著激發(fā)硅灰和石英粉反應(yīng)活性， 例如Zanni等[26]采用核磁共振技術(shù)(29Si NMR)研究不同熱養(yǎng)護(hù)制度下活性粉末混凝土(RPC)中磨細(xì)石英砂的反應(yīng)活性， 證實(shí)與標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)相比， 在養(yǎng)護(hù)溫度為200 ℃、 養(yǎng)護(hù)8 h的條件下， 磨細(xì)石英砂的火山灰活性可由0%增至20%， 硅灰的反應(yīng)活性可增至65%； 陳夢義、 李北星等[27-28]采用類似的蒸壓養(yǎng)護(hù)制度養(yǎng)護(hù)摻鐵尾礦粉的UHPC， 證實(shí)蒸壓養(yǎng)護(hù)下鐵尾礦粉反應(yīng)活性被激發(fā)、 可參與水泥二次水化生成更致密的水化產(chǎn)物. 但應(yīng)注意， 由于本研究中XRD為定性測試， 因此不能僅根據(jù)XRD圖譜定量對比不同的養(yǎng)護(hù)制度下石英粉和鐵尾礦粉的反應(yīng)活性， 未來應(yīng)結(jié)合核磁共振等測試技術(shù)開展進(jìn)一步研究.

圖6 水泥石EDS能譜Fig.6 EDS spectrum of the cement matrix

2.3.2水泥石顯微硬度

表5 平均顯微硬度

不同養(yǎng)護(hù)制度下?lián)借F尾礦粉UHPC水泥石平均顯微硬度見表5. 顯微硬度試驗(yàn)結(jié)果證實(shí), 在恒溫水養(yǎng)和蒸壓養(yǎng)護(hù)下?lián)借F尾礦粉UHPC水泥石的顯微硬度均顯著高于標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)下的值； 蒸壓養(yǎng)護(hù)下水泥石平均顯微硬度大約提高60%. 然而， 隨鐵尾礦粉取代石英粉比率增加， 水泥石的顯微硬度變化不大.

2.3.3水泥石孔結(jié)構(gòu)

圖7為不同養(yǎng)護(hù)制度下UHPC基體中累積孔體積和平均孔徑隨鐵尾礦粉取代率(ωI, %)的變化曲線. 隨著ωI的增加， 累積孔體積和平均孔徑變化不大. 盡管本文所用磨細(xì)鐵尾礦粉的顆粒粒徑總體上小于石英粉， 因此作為磨細(xì)填料時前者對水泥石孔隙填充效果可能更明顯， 但當(dāng)鐵尾礦粉以不同比率取代石英粉時， 二者及水泥、 石英砂、 硅灰等其他材料混合后的整體級配不僅僅受鐵尾礦粉單一材料的粒徑影響， 因此混合體系的級配和密實(shí)度并不隨ωI增大而發(fā)生顯著變化.

圖7 摻鐵尾礦粉UHPC累積孔體積及平均孔徑隨鐵尾礦粉取代率的變化Fig.7 Cumulative pore volume and average pore size of UHPC at different replacement ratios of QP by ITMP

圖8 配合比I100的孔徑分布Fig.8 The pore size distribution in I100 cured

圖7還表明， 養(yǎng)護(hù)制度對摻鐵尾礦粉UHPC的累積孔體積和平均孔徑均影響較大， 與標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)相比， 恒溫水養(yǎng)和蒸壓養(yǎng)護(hù)下累積孔體積和平均孔徑都顯著減小. 以I100為例， 在不同養(yǎng)護(hù)制度下其孔徑分布如圖8所示， 其中Dh表示孔徑，Vh表示對應(yīng)于某一Dh范圍的孔隙體積率. 如圖8所示， 從標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)到恒溫水養(yǎng)度再到蒸壓養(yǎng)護(hù)， 無害孔(<20 nm)比例增加， 少害孔(20～50 nm)、 有害孔(50～200 nm)以及多害孔(>200 nm)比例減少. 與標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)相比， 恒溫水養(yǎng)和蒸壓養(yǎng)護(hù)下有害孔體積分別減少了15.38%和37.22%， 多害孔的體積分別減少了28.28%和59.48%. 如前所述， 恒溫水養(yǎng)和蒸壓養(yǎng)護(hù)可以促進(jìn)水泥水化， 且在蒸壓養(yǎng)護(hù)下硅灰的火山灰活性被進(jìn)一步激發(fā)， 促進(jìn)二次水化， 這使得水泥石結(jié)構(gòu)更為密實(shí)， 大孔即有害孔或多害孔減少， 平均孔徑、 累積孔體積隨之減小.

結(jié)合2.2節(jié)與2.3節(jié)可知， 采用磨細(xì)鐵尾礦粉取代石英粉配制UHPC時， 其流動度、 抗壓強(qiáng)度、 抗折強(qiáng)度、 折壓比均可滿足UHPC要求. 與標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)相比， 采用恒溫水養(yǎng)和蒸壓養(yǎng)護(hù)可顯著提升摻鐵尾礦粉UHPC的力學(xué)性能. 結(jié)合細(xì)微觀測試結(jié)果可知， 恒溫水養(yǎng)和蒸壓養(yǎng)護(hù)下， 水泥水化更充分、 水化產(chǎn)物表觀形貌更致密、 水泥石顯微硬度提高、 孔結(jié)構(gòu)改善， 這是這兩種養(yǎng)護(hù)條件下?lián)借F尾礦粉UHPC力學(xué)性能更優(yōu)的內(nèi)在機(jī)理. 尤其在蒸壓養(yǎng)護(hù)時， 高溫(190～200 ℃)與飽和水蒸氣壓(1.2 MPa)作用下， 一方面水泥水化程度顯著提高， 另一方面， 高溫使得硅灰、 石英粉、 磨細(xì)鐵尾礦粉的火山灰活性顯著激發(fā)， 參與水泥二次水化， 促進(jìn)部分C-S-H由無定形形態(tài)轉(zhuǎn)為類Tobermorite晶體的結(jié)構(gòu)， 即C-S-H的結(jié)構(gòu)更致密， 這對提高抗壓強(qiáng)度是有利的[17]. 盡管從抗折角度看， 蒸壓作用下C-S-H的過分晶體化可能會降低UHPC中水泥石與骨料及水泥石與纖維間的粘結(jié)[17]， 但可能由于本研究蒸壓養(yǎng)護(hù)時間較短(6 h)， 因此這一不利作用不顯著， 高溫及壓力作用下水泥充分水化及C-S-H結(jié)構(gòu)的改善對提升抗折強(qiáng)度仍然有利. 由2.2節(jié)可知， 與標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)相比， 蒸壓養(yǎng)護(hù)下I100組UHPC的抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度分別提升6.4%及14.6%， 因此蒸壓養(yǎng)護(hù)對摻鐵尾礦粉UHPC抗折強(qiáng)度提升效果更為顯著， 這也解釋了蒸壓養(yǎng)護(hù)下試件折壓比提升的原因， 反映了蒸壓養(yǎng)護(hù)下?lián)借F尾礦粉UHPC良好的韌性.

3 結(jié)語

1) 采用磨細(xì)鐵尾礦粉取代石英粉配制UHPC， UHPC的施工和易性、 力學(xué)性能基本不受影響. 在蒸壓養(yǎng)護(hù)制度下， 摻鐵尾礦粉UHPC的抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度可分別達(dá)到165 MPa和37 MPa左右， 折壓比可達(dá)0.23左右， 力學(xué)性能優(yōu)良， 因此采用鐵尾礦粉取代石英粉生產(chǎn)UHPC從技術(shù)上是可行的.

2) 磨細(xì)鐵尾礦粉取代石英粉后， 不會對水泥水化、 水泥石顯微硬度、 孔結(jié)構(gòu)等產(chǎn)生不利影響， 從水泥石細(xì)微觀性能角度上保證了鐵尾礦粉取代石英粉配制UHPC的可行性.

3) 養(yǎng)護(hù)制度對摻鐵尾礦粉UHPC的力學(xué)性能影響很大. 與標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)相比， 恒溫水養(yǎng)和蒸壓養(yǎng)護(hù)下水泥水化更充分， 水泥石顯微硬度和孔結(jié)構(gòu)有所改善. 蒸壓養(yǎng)護(hù)下， 水泥水化程度最高， 且硅灰、 石英粉和鐵尾礦粉的火山灰活性可能被激發(fā)， 生成更多結(jié)構(gòu)類似于Tobermorite晶體的C-S-H凝膠， 使水泥石更加致密. 這是恒溫水養(yǎng)和蒸壓養(yǎng)護(hù)提升摻鐵尾礦粉UHPC力學(xué)性能的內(nèi)在機(jī)理.

4) 在工程應(yīng)用上， 將石英粉全部用鐵尾礦粉取代、 同時采用恒溫水養(yǎng)或蒸壓養(yǎng)護(hù)， 可配制出力學(xué)性能優(yōu)良、 且兼具經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保效益的超高性能混凝土.