碳酸鋰與納米碳酸鈣對(duì)UHPC早期力學(xué)性能的影響

龔建清，郭萬(wàn)里，龔 嘯，張 陽(yáng)，謝澤酃，吳五星，戴遠(yuǎn)帆

(1.湖南大學(xué)土木工程學(xué)院，長(zhǎng)沙 410082；2.湖南大學(xué)，綠色先進(jìn)土木工程材料及應(yīng)用技術(shù)湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，長(zhǎng)沙 410082； 3.湖南省高速公路建設(shè)開(kāi)發(fā)總公司，長(zhǎng)沙 410000)

0 引 言

在混凝土發(fā)展初期，其強(qiáng)度低，耐久性較差。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，不僅要求混凝土強(qiáng)度高，還對(duì)韌性、耐久性等方面提出了更高的要求。1981年，Bache[1]采用細(xì)料致密法(DSP)成功研制出抗壓強(qiáng)度為150 MPa的高強(qiáng)混凝土。之后，Birchall[2]研究出了宏觀上幾乎沒(méi)有缺陷的水泥基材料(MDF)，并且抗壓強(qiáng)度超過(guò)200 MPa。1993—1995年，法國(guó)Bouygues公司依據(jù)最緊密堆積原理，剔除粗骨料，選用粒徑小于0.6 mm的石英砂作為細(xì)骨料，摻入活性礦物摻合料和纖維，采用成型施壓、熱處理養(yǎng)護(hù)等方法，成功制備出強(qiáng)度高、韌性高、耐久性好的活性粉末混凝土(Reactive Powder Concrete，RPC)[3]。隨后，科研工作者們相繼提出了超高性能混凝土(Ultra-High Performance Concrete，UHPC)的概念。目前普遍認(rèn)為UHPC是指性能顯著優(yōu)于普通混凝土與高性能混凝土(HPC)的一類(lèi)混凝土[4],但并不是對(duì)傳統(tǒng)意義的高性能混凝土進(jìn)行高強(qiáng)改性得到的,而是有明確定義的性能指標(biāo)[5-6]；UHPC一般摻有鋼纖維，其超高性能表現(xiàn)在強(qiáng)度高(抗壓強(qiáng)度不低于120 MPa)、韌性好、滲透性低以及耐久性?xún)?yōu)良等方面，物料配比方面比較突出的特點(diǎn)是水膠比低，一般小于0.25[7-9]。

UHPC由于其優(yōu)異的性能得到了廣泛的應(yīng)用[10-12]，如用于橋梁工程中可大大減輕橋梁的自重并增加耐久性[13-14]；同時(shí)也被用于修復(fù)工程中，比如橋面的缺陷修復(fù)[15-18]、橋墩修復(fù)、防撞層修復(fù)[19]、水壩與隧道修復(fù)[20-22]等；UHPC在實(shí)際應(yīng)用中表現(xiàn)優(yōu)異，因此世界各國(guó)都將UHPC材料作為可持續(xù)發(fā)展材料之一。但UHPC需要在高溫養(yǎng)護(hù)條件下才可獲得超高性能及較高的早期強(qiáng)度，而在常溫養(yǎng)護(hù)條件下早期強(qiáng)度發(fā)展緩慢，這增加了施工難度和成本，也在一定程度上阻礙了UHPC的應(yīng)用，特別是對(duì)早強(qiáng)有較高要求的工程應(yīng)用，如道路橋梁修補(bǔ)工程。為了解決這個(gè)問(wèn)題，文章研究了如何在常溫條件下制備出高早強(qiáng)且具有良好工作性能的UHPC。

納米材料是顆粒尺寸在納米量級(jí)(1～100 nm)的超細(xì)材料。目前有許多學(xué)者研究了其在UHPC中的應(yīng)用，并取得了一定的研究成果。UHPC中的納米材料能加速水泥的水化反應(yīng)，使微觀結(jié)構(gòu)致密化，提高強(qiáng)度，有助于提高其耐久性，因此納米材料可以作為一種新型的早強(qiáng)劑。近年來(lái)，納米CaCO3(NC)在膠凝材料中的研究和應(yīng)用較多。Huang等[23]通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，NC對(duì)UHPC抗壓強(qiáng)度的促進(jìn)作用更為顯著，最佳摻量在3%～4%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))，但NC對(duì)UHPC的流動(dòng)性有較大不利影響；研究表明[24-26]，NC的晶核效應(yīng)是使得混凝土強(qiáng)度提高的主要原因之一。Li2CO3是一種無(wú)機(jī)化合物，為無(wú)色單斜晶系結(jié)晶體或白色粉末，在早期主要用于電池工業(yè)中，后來(lái)逐漸應(yīng)用在水泥等材料中，用作促凝劑使用，同時(shí)也取得了一定的研究成果。Wang等[27]的實(shí)驗(yàn)表明，Li2CO3能提高混凝土的早期強(qiáng)度，同時(shí)與LiNO3相比，Li2CO3的增強(qiáng)作用更為顯著。

綜上所述，本文選取新型無(wú)機(jī)早強(qiáng)劑(NC和Li2CO3)在常溫條件下制備高早強(qiáng)UHPC。與現(xiàn)有UHPC相比，養(yǎng)護(hù)條件簡(jiǎn)化。在常溫條件下制備出高早強(qiáng)、具有良好工作性能和力學(xué)性能的UHPC，可以降低施工難度和成本，使其快速應(yīng)用在道路橋梁的修補(bǔ)加固工程中，減少工程施工給交通帶來(lái)的壓力，從而推動(dòng)UHPC的發(fā)展與應(yīng)用。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 原材料

水泥采用 P·O 52.5普通硅酸鹽水泥，其主要化學(xué)成分見(jiàn)表1；粉煤灰為Ⅰ級(jí)粉煤灰，其主要化學(xué)成分見(jiàn)表2；礦渣粉采用的是S95級(jí)礦渣粉，比表面積422 m2/kg，其主要技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表3；石英砂粒徑為0.45～0.9 mm(20～40目)，SiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于99%；硅灰為灰白色顆粒，粒徑大約為89 nm，比表面積1.85×104m2/kg；減水劑產(chǎn)自某建材公司，減水率大于30%；Li2CO3為白色粉末狀，密度為2.11 g/cm3，純度超過(guò)99.5%，NC的平均粒徑為60 nm，CaCO3含量大于99%。

表1 P·O 52.5普通硅酸鹽水泥主要化學(xué)組成Table 1 Main chemical composition of P·O 52.5 ordinary Portland cement

表2 粉煤灰化學(xué)組成Table 2 Chemical composition of fly ash

表3 礦渣技術(shù)指標(biāo)Table 3 Technical indicators of slag powder

1.2 試件配合比

本試驗(yàn)采用的水膠比(W/B)為0.18，具體物料比例見(jiàn)表4。Li2CO3摻量分別為0.075%、0.100%、0.125%(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同)，NC摻量分別為2%、3%、4%(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同)，并將兩種早強(qiáng)劑進(jìn)行混摻。

表4 試件基本設(shè)計(jì)參數(shù)Table 4 Basic design parameters of the test pieces

1.3 試件制作與養(yǎng)護(hù)

將試驗(yàn)所需原材料按照設(shè)計(jì)配合比稱(chēng)量，倒入砂漿攪拌機(jī)內(nèi)。在不加水的狀態(tài)下預(yù)拌2 min；預(yù)拌結(jié)束后慢速攪拌，邊攪拌邊加入已經(jīng)稱(chēng)量好的水，攪拌時(shí)間為5 min；慢速攪拌結(jié)束后，快速攪拌5 min。先測(cè)試新拌漿體流動(dòng)性，再入模成型。入模成型后，置于(20±2) ℃的環(huán)境內(nèi)，并覆膜養(yǎng)護(hù)。

1.4 試驗(yàn)方法

1.4.1 流動(dòng)性能測(cè)試

新拌漿體流動(dòng)度測(cè)試依照《水泥膠砂流動(dòng)度測(cè)定方法》GB/T 2419—2005進(jìn)行。操作流程為：將新拌漿體按照規(guī)范要求分兩層快速裝入截錐圓模內(nèi)，并擦去灑落在跳桌桌面上的膠砂，豎直向上緩慢提起截錐圓模，啟動(dòng)跳桌和計(jì)數(shù)器，持續(xù)25次跳動(dòng)。再用300 mm量程的卡尺在跳桌桌面兩個(gè)互相垂直方向測(cè)量膠砂底面的直徑，取兩個(gè)測(cè)量值的均值整數(shù)部分為漿體流動(dòng)度。

1.4.2 抗壓和抗折強(qiáng)度測(cè)試

試件抗壓和抗折強(qiáng)度依照《水泥膠砂強(qiáng)度檢測(cè)方法》GB/T 17671—1999進(jìn)行測(cè)試?？拐蹚?qiáng)度試件尺寸為40 mm×40 mm×160 mm?？拐蹚?qiáng)度試驗(yàn)步驟：首先檢查試件外觀是否符合規(guī)范要求并測(cè)量尺寸，控制加載速度為0.08 MPa/s并連續(xù)加載至試件破壞，讀取并記錄破壞荷載。抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)步驟：用抗折試驗(yàn)折斷后的水泥膠砂試塊立即進(jìn)行抗壓試驗(yàn)，抗壓夾具尺寸為40 mm×40 mm，加荷速率設(shè)定為(2.4±0.2) kN/s，加載至試件破壞，并記錄破壞荷載。

1.4.3 微觀測(cè)試方法

SEM分析：采用JSM-6490LV型掃描電鏡，如圖1所示，觀察水泥基材料水化1 d時(shí)的微觀產(chǎn)物形貌，對(duì)早強(qiáng)劑增強(qiáng)增韌機(jī)理進(jìn)行分析。

XRD分析：采用D8 Advance型X-射線衍射儀，如圖2所示，分析齡期1 d時(shí)水泥凈漿的水化產(chǎn)物組成。具體步驟：壓碎齡期1 d的凈漿試件，取中間部分的小塊試樣(3～5 mm)，在無(wú)水乙醇中浸泡48 h終止水化，與空氣中水分和CO2隔離，防止與其反應(yīng)。XRD分析開(kāi)始前24 h，將小塊試樣研磨成粉，并在50 ℃烘箱中烘烤至恒重。

圖1 掃描電鏡Fig.1 Scanning electron microscopy

圖2 X-射線衍射儀Fig.2 X-ray diffraction

2 結(jié)果與討論

2.1 流動(dòng)性能

圖3為不同Li2CO3摻量對(duì)新拌UHPC漿體流動(dòng)度的影響。從圖3(a)可以看出：Li2CO3摻量的改變對(duì)新拌UHPC漿體初始流動(dòng)度并無(wú)明顯影響，流動(dòng)度穩(wěn)定在250 mm左右，流動(dòng)性較好；與未摻Li2CO3的組相比，隨著時(shí)間增長(zhǎng)，UHPC在30 min的流動(dòng)度隨著Li2CO3摻量的增加而下降。由圖3(b)可以看出：當(dāng)Li2CO3摻量為0.075%時(shí)，0 min到30 min流動(dòng)度損失值為29 mm；在Li2CO3摻量為0.100%時(shí)，0 min到30 min流動(dòng)度損失值為45 mm；當(dāng)Li2CO3摻量達(dá)到0.125%時(shí)，其流動(dòng)度損失值達(dá)到44 mm。漿體中Li+的離子半徑比較小，極化作用較強(qiáng)，會(huì)加速破壞水泥顆粒表面早期水化反應(yīng)產(chǎn)物形成的保護(hù)膜,增大漿體內(nèi)部顆粒之間的摩擦,阻礙顆粒間的相對(duì)移動(dòng)，使得UHPC漿體的流動(dòng)性降低。

圖3 Li2CO3對(duì)UHPC流動(dòng)度的影響Fig.3 Effect of Li2CO3 on fluidity of UHPC

圖4為不同NC摻量下UHPC流動(dòng)度變化規(guī)律。從圖4(a)可以看出，隨著NC摻量逐漸增加，新拌UHPC漿體的初始流動(dòng)度不斷下降，當(dāng)NC摻量分別為2%、3%、4%時(shí)，與未摻入NC的對(duì)照組相比，拌合物流動(dòng)度分別下降8%、13%、17%。納米顆粒粒徑比硅灰顆粒粒徑小大約兩個(gè)數(shù)量級(jí)，因此其表面積很大，需水量也會(huì)相應(yīng)增大。從圖4(a)還可以看出，UHPC在30 min的流動(dòng)度隨著NC摻量的增加而下降。圖4(b)表明，在NC摻量不超過(guò)3%時(shí)，0 min到30 min流動(dòng)度損失值在20 mm左右，但在NC摻量達(dá)到4%時(shí)，0 min到30 min流動(dòng)度損失值會(huì)大大增加，達(dá)到34 mm。NC粒徑比較小，摻入到拌合物中置換了部分游離水，使流動(dòng)度相應(yīng)降低。

2.2 抗壓強(qiáng)度

2.2.1 Li2CO3對(duì)UHPC抗壓強(qiáng)度的影響

圖5為不同Li2CO3摻量下UHPC的抗壓強(qiáng)度變化規(guī)律。圖6為與未摻Li2CO3的組別相比，不同Li2CO3摻量下的UHPC抗壓強(qiáng)度增量。

圖4 NC對(duì)UHPC流動(dòng)度的影響Fig.4 Effect of NC on fluidity of UHPC

圖5 不同Li2CO3摻量對(duì)UHPC抗壓強(qiáng)度的影響Fig.5 Effect of different Li2CO3 content on compressive strength of UHPC

圖6 不同Li2CO3 摻量的UHPC抗壓強(qiáng)度增量Fig.6 Compressive strength increment of UHPC with different Li2CO3 content

從圖5可以看出，與未摻Li2CO3的組別相比較，隨著Li2CO3摻量的增加，UHPC的1 d、3 d、7 d抗壓強(qiáng)度均有不同程度的增加，但28 d抗壓強(qiáng)度會(huì)有所損失。由圖6可以看出，在Li2CO3摻量為0.075%、0.100%、0.125%時(shí)，UHPC的1 d抗壓強(qiáng)度比未摻Li2CO3的試件分別提高34%、44%、45%，UHPC的3 d抗壓強(qiáng)度比未摻Li2CO3的試件分別提高6%、8%、7%，但UHPC的28 d抗壓強(qiáng)度分別降低了5%、3%、12%。對(duì)比來(lái)看，當(dāng)Li2CO3摻量為0.100%時(shí)，UHPC的1 d抗壓強(qiáng)度增長(zhǎng)幅度較大且28 d抗壓強(qiáng)度損失相對(duì)較小，在同一摻量下未出現(xiàn)強(qiáng)度回縮情況，因此Li2CO3建議摻量為0.100%。

摻入少量的Li2CO3可以顯著提高UHPC早期抗壓強(qiáng)度。Li2CO3在一定程度上會(huì)促進(jìn)鈣礬石晶體生成，使水化產(chǎn)物層更加致密，提高早期抗壓強(qiáng)度；同時(shí)大量早期水化反應(yīng)產(chǎn)物聚集包裹了部分未水化顆粒，減緩了水化反應(yīng)速率，對(duì)UHPC的28 d抗壓強(qiáng)度產(chǎn)生不利影響。

2.2.2 NC對(duì)UHPC抗壓強(qiáng)度的影響

圖7為不同NC摻量下UHPC的抗壓強(qiáng)度變化規(guī)律。圖8為與未摻NC的組別相比，不同NC摻量下的UHPC抗壓強(qiáng)度增量。從圖7可以看出，與未摻NC的組別相比，隨著NC摻量的增加，UHPC的1 d、3 d、7 d、28 d抗壓強(qiáng)度均有所增加，其中7 d的抗壓強(qiáng)度增長(zhǎng)值最大。從圖8可以看出，在NC摻量為2%、3%、4%時(shí)，與未摻NC的試件相比，1 d抗壓強(qiáng)度分別提高34%、45%、43%，3 d抗壓強(qiáng)度分別提高10%、19%、18%，7 d抗壓強(qiáng)度提高20%左右，28 d抗壓強(qiáng)度提高8%左右；由圖7和圖8綜合來(lái)看，在NC摻量為3%時(shí)增強(qiáng)效果最為顯著，故建議摻量為3%。NC顆粒粒徑遠(yuǎn)小于水泥及其他摻合料粒徑，可以進(jìn)入到水泥顆粒和其他摻合料顆粒之間，起到超細(xì)顆粒作用，減小空隙率，提高顆粒堆積密度促進(jìn)水化反應(yīng)。

圖7 不同NC摻量對(duì)UHPC抗壓強(qiáng)度的影響Fig.7 Effect of different NC content on compressive strength of UHPC

圖8 不同NC摻量的UHPC抗壓強(qiáng)度增量Fig.8 Compressive strength increment of UHPC with different NC content

2.2.3 Li2CO3和NC復(fù)摻對(duì)UHPC抗壓強(qiáng)度的影響

表5為L(zhǎng)i2CO3和NC復(fù)摻下的UHPC抗壓強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果，結(jié)果表明，在Li2CO3摻量為0.100%,NC摻量為3%時(shí)，UHPC在不同齡期的強(qiáng)度均為最高，1 d抗壓強(qiáng)度達(dá)到72.1 MPa，28 d抗壓強(qiáng)度達(dá)到132.2 MPa，與未摻早強(qiáng)劑的組別相比，其1 d、3 d、7 d、28 d抗壓強(qiáng)度分別提高了68%、22%、30%、10%。由圖6和圖8可知，Li2CO3和NC單摻最佳摻量分別為0.100%、3%，將Li2CO3和NC在單摻下的強(qiáng)度與復(fù)摻下的強(qiáng)度進(jìn)行對(duì)比，如圖9所示。從圖9可以清楚看到，0.100%的Li2CO3與3%的NC在復(fù)摻下的早期強(qiáng)度均比單摻時(shí)的高。同時(shí)與未摻早強(qiáng)劑的試件相比，復(fù)摻情況下UHPC的28 d抗壓強(qiáng)度無(wú)損失。

表5 Li2CO3和NC復(fù)摻下的UHPC抗壓強(qiáng)度Table 5 Compressive strength of UHPC under Li2CO3 and NC complex doping

2.3 抗折強(qiáng)度

2.3.1 Li2CO3對(duì)UHPC抗折強(qiáng)度的影響

圖10為不同Li2CO3摻量對(duì)UHPC抗折強(qiáng)度的影響,從圖10可以看出，與未摻Li2CO3的組別相比較，隨著Li2CO3摻量的增加，UHPC的1 d、3 d、7 d抗折強(qiáng)度均有不同程度的增加，但UHPC的28 d強(qiáng)度會(huì)有所損失。當(dāng)Li2CO3摻量為0.075%、0.100%、0.125%時(shí)，UHPC的1 d抗折強(qiáng)度分別比未摻早強(qiáng)劑的組別提高了17%、28%、27%，1 d抗折強(qiáng)度最大值為12.9 MPa；3 d、7 d抗折強(qiáng)度均在Li2CO3摻量為0.100%時(shí)達(dá)到最大值，最大值分別為17.1 MPa、18.2 MPa；但UHPC的28 d抗折強(qiáng)度較未摻早強(qiáng)劑的組損失5%左右；但在同一Li2CO3摻量下，UHPC抗折強(qiáng)度仍有所增長(zhǎng)，未出現(xiàn)強(qiáng)度回縮情況。

2.3.2 NC對(duì)UHPC抗折強(qiáng)度的影響

圖11為不同NC摻量對(duì)UHPC抗折強(qiáng)度的影響，從圖11可以看出，與未摻NC的組別相比，隨著NC摻量的增加，UHPC的1 d、3 d、7 d、28 d抗折強(qiáng)度均有所增加，當(dāng)NC摻量分別為2%、3%、4%時(shí)，UHPC的1 d抗折強(qiáng)度比未摻NC試件的強(qiáng)度提高24%，3 d抗折強(qiáng)度提高30%，7 d抗折強(qiáng)度提高22%，28 d抗折強(qiáng)度提高22%，且均在摻入3%的NC時(shí)達(dá)到最大值。

2.3.3 Li2CO3和NC復(fù)摻對(duì)UHPC抗折強(qiáng)度的影響

表6為L(zhǎng)i2CO3和NC復(fù)摻下的UHPC試樣抗折強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果，圖12為L(zhǎng)i2CO3和NC單摻、復(fù)摻時(shí)UHPC抗折強(qiáng)度對(duì)比，結(jié)果表明：在0.100%的Li2CO3與3%的NC復(fù)摻情況下，UHPC的1 d抗折強(qiáng)度達(dá)到了13.9 MPa，有較大幅度提升，比未摻早強(qiáng)劑的試件提高38%；28 d抗折強(qiáng)度無(wú)損失，達(dá)到了24.5 MPa。從圖12可看出，在復(fù)摻情況下，UHPC各齡期抗折強(qiáng)度均比單摻情況下的高，復(fù)摻建議摻量：Li2CO3為0.100%，NC為3%。

圖9 Li2CO3和NC單摻、復(fù)摻時(shí)UHPC抗壓強(qiáng)度對(duì)比Fig.9 Comparison of UHPC compressive strength with Li2CO3 and NC single doping and complex doping

圖10 不同Li2CO3摻量對(duì)UHPC抗折強(qiáng)度的影響Fig.10 Effect of different Li2CO3 content on flexural strength of UHPC

圖11 不同NC摻量對(duì)UHPC抗折強(qiáng)度的影響Fig.11 Effect of different NC content on flexural strength of UHPC

圖12 Li2CO3和NC單摻、復(fù)摻時(shí)UHPC抗折強(qiáng)度對(duì)比Fig.12 Comparison of UHPC flexural strength with Li2CO3 and NC single doping and complex doping

表6 Li2CO3和NC復(fù)摻下的UHPC抗折強(qiáng)度Table 6 Flexural strength of UHPC with Li2CO3 and NC complex doping

2.4 微觀分析

2.4.1 掃描電鏡分析

為探究Li2CO3與NC復(fù)摻下UHPC試件早期強(qiáng)度提高的機(jī)理，在真空條件下用掃描電鏡觀察摻有早強(qiáng)劑的UHPC試樣和對(duì)照組試樣的微觀形貌。結(jié)合上述試驗(yàn)結(jié)果，選取齡期為1 d的對(duì)照組A0組和早期強(qiáng)度發(fā)展最快的C8組的試樣進(jìn)行SEM觀察分析，如圖13、圖14所示。由圖13(a)可以看出，試樣早期水化反應(yīng)程度較低，試樣內(nèi)部有一定量的微細(xì)氣孔；由圖13(b)可知，在常溫條件下，基體內(nèi)少量水泥顆粒發(fā)生水化反應(yīng)，內(nèi)部仍有大量水泥顆粒未水化，導(dǎo)致早期抗壓和抗折強(qiáng)度比較低，雖然齡期只有1 d，但可以看到部分Ca(OH)2晶體和C-S-H凝膠，總體來(lái)說(shuō)數(shù)量較少。

圖13 未摻加早強(qiáng)劑的UHPC微觀形貌Fig.13 Microstructure of UHPC without early strength agent

圖14 摻加早強(qiáng)劑的UHPC微觀形貌Fig.14 Microstructure of UHPC with early strength agent

對(duì)比圖13和圖14可以看出，摻加了NC的UHPC結(jié)構(gòu)更為致密，這主要?dú)w結(jié)于NC的微集料效應(yīng)，NC的粒徑大約為60 nm，其粒徑小于體系中其他顆粒的粒徑，可填充水泥和其他礦物摻合料顆粒之間的空隙，使UHPC微觀結(jié)構(gòu)更加致密，減少了其內(nèi)部缺陷，有利于早期的強(qiáng)度發(fā)展。對(duì)比兩幅圖還可以看出，摻入Li2CO3與NC，使水泥水化反應(yīng)速率加快，與對(duì)照組相比水化產(chǎn)物更加明顯和壯大，并且晶體數(shù)量明顯增多，大量鈣礬石晶體與水化硅酸鈣緊密聚集，使UHPC微觀結(jié)構(gòu)更密實(shí)，大幅提高了其早期抗壓和抗折強(qiáng)度，一方面是因?yàn)長(zhǎng)i+半徑比較小，極化作用強(qiáng)，加速破壞了水泥顆粒表面由于早期水化產(chǎn)物形成的保護(hù)膜，有效縮短了水泥水化反應(yīng)誘導(dǎo)期，擴(kuò)大了礦物成分硅酸三鈣和硅酸二鈣與水的接觸面積，進(jìn)而提高硅酸三鈣和硅酸二鈣的水化速度；另一方面由于NC的晶核效應(yīng)，水化反應(yīng)產(chǎn)物相似，都會(huì)生成氫氧化鈣，Ca2+具有較強(qiáng)的離子遷移能力。根據(jù)吸附理論及同離子效應(yīng)，NC顆粒會(huì)吸附其表面及周?chē)腃a2+，使硅酸三鈣和硅酸二鈣顆粒周?chē)鶦a2+濃度降低，依據(jù)化學(xué)平衡移動(dòng)原理，產(chǎn)物的濃度降低會(huì)促進(jìn)化學(xué)平衡向著生成物的方向移動(dòng)，從而一定程度促進(jìn)硅酸三鈣和硅酸二鈣水化反應(yīng)。

2.4.2 水化產(chǎn)物分析

為了研究早強(qiáng)UHPC中Li2CO3和NC對(duì)水泥水化反應(yīng)及進(jìn)程的作用，將0.100%Li2CO3和3%NC摻入無(wú)早強(qiáng)劑的試樣及水泥中，齡期達(dá)到1 d后進(jìn)行XRD測(cè)試，試驗(yàn)結(jié)果如圖15和圖16所示。

從圖15與圖16可以看出，兩者的XRD衍射峰基本一樣，Li2CO3和NC摻加到UHPC基體中，與未摻早強(qiáng)劑的對(duì)照組相比，沒(méi)有觀察到其他的峰，衍射峰基本相同。對(duì)比圖15和圖16可知，齡期為1 d時(shí)，與空白對(duì)照組相比，摻有早強(qiáng)劑試樣的衍射譜中C3S和C2S的峰略有降低，說(shuō)明Li2CO3和NC摻入后，水化產(chǎn)物C3S和C2S的消耗速度加快。同時(shí)，Ca(OH)2和鈣釩石晶體的峰有所增高，進(jìn)一步說(shuō)明Li2CO3和NC的摻入加快了水泥水化速率，水化產(chǎn)物增多，顯著提高了水泥的水化程度。C3S和C2S水化反應(yīng)產(chǎn)生的大量凝膠體填充在基體內(nèi)部中，形成密實(shí)度較高的微觀結(jié)構(gòu)，宏觀上提高了UHPC早期的力學(xué)性能。

圖15 未摻加早強(qiáng)劑水化 1 d時(shí)UHPC的XRD譜Fig.15 XRD pattern of UHPC without early strength agent hydration for 1 d

圖16 摻加0.100%Li2CO3+3%NC 水化1 d時(shí)UHPC的XRD譜Fig.16 XRD pattern of UHPC with 0.100% Li2CO3+ 3%NC hydration for 1 d

3 結(jié) 論

(1)Li2CO3對(duì)UHPC漿體30 min流動(dòng)度產(chǎn)生不利影響，隨著其摻量的增加，UHPC流動(dòng)度損失隨之增大；NC對(duì)UHPC在0 min及30 min流動(dòng)度均有不利影響，且隨著其摻量增加而影響加劇。

(2)單摻時(shí)，Li2CO3最佳摻量為0.100%，與未摻Li2CO3的試件相比較，1 d抗壓強(qiáng)度提升44%，1 d抗折強(qiáng)度提高28%；NC建議摻量為3%，1 d抗壓和抗折強(qiáng)度增加分別達(dá)到了45%、24%，且對(duì)UHPC的28 d強(qiáng)度仍有促進(jìn)作用。說(shuō)明在常溫養(yǎng)護(hù)條件下Li2CO3與NC對(duì)UHPC的早期強(qiáng)度具有顯著提升效果。

(3)Li2CO3與NC復(fù)摻時(shí)，1 d抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度比未摻早強(qiáng)劑的對(duì)照組試件分別增加了68%和38%，分別達(dá)到72.1 MPa和13.9 MPa。建議復(fù)合摻量：Li2CO3為0.100%，NC為3%。

(4)Li2CO3-NC可作為一種復(fù)合早強(qiáng)劑，用于常溫條件下制備UHPC。