废弃玻璃粉超高性能混凝土抗压强度及微观结构研究

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由于玻璃的不可生物降解性,造成严重环境污染。玻璃粉(Glass powder,简称GP)具有高硅含量和无定形性质,是混凝土工业的优良火山灰材料。在混凝土中使用废玻璃,可极大地促进废玻璃的回收利用。制备超高性能混凝土(Ultra-high performance concrete,简称UHPC)高水泥用量影响了生产成本还导致水泥资源浪费,另硅灰的稀缺及高成本,石英粉及石英砂的生产消耗自然资源,生产成本高,还造成一定的环境污染。利用废玻璃替代UHPC中的原材料具有广阔的应用前景。本文对经过GP替代UHPC原材料后的掺玻璃粉超高性能混凝土(Ultra-high performance of concrete with glass powder,简称GUHPC)进行了一系列试验,考察了不同粒径GP、不同掺量GP、不同原材料的替代对UHPC抗压强度影响、微观结构演化及堆积密实度变化。(1)本文研究了GP替代UHPC中原材料(水泥、石英粉、石英砂及硅灰)后对GUHPC抗压强度的影响。得出了GP对石英粉进行替代时,最优GP粒径为29.2μm,最优掺量为100%,其GUHPC的28天强度可达97Mpa。GP对石英砂Ⅰ进行替代时,最优GP粒径为29.2μm,最优掺量为100%,其GUHPC的28天强度可达119.4Mpa。GP对石英砂Ⅱ进行替代时,最优GP粒径为29.2μm,最优掺量为10%,其GUHPC的28天强度可达106.8Mpa。GP对硅灰进行替代时,最优GP粒径为42.6μm,最优掺量为30%,其GUHPC的为8天强度可达125.4Mpa。GP对水泥进行替代时,最优GP粒径为42.6μm,最优掺量为10%,其GUHPC的为8天强度可达97.8Mpa。GUHPC试件均为水下标准养护。(2)通过扫描电镜及X-射线衍射试验,对GUHPC微观结构进行分析。GP的掺加对UHPC抗压强度具有提高作用的影响因素主要包括:1)较细粒径GP具有良好的填充效果;2)GP具有良好的火山灰活性;3)GP中含有Na2O,能够提供一定的碱性环境,促进水泥的水化反应。4)本文采用GP的比表面积远小于石英粉及硅灰,润滑和分散颗粒所需的水和高效减水剂较石英粉及硅灰少,能够释放出多余水分,有利于水泥水化及氢氧化钙的生成。因此,适当掺量的GP不仅能减少水泥、石英粉、石英砂及硅灰的使用,还能够提高UHPC抗压强度。(3)采用DeLarrard可压缩堆积模型,利用数学工具Matlab,建立GUHPC配合比设计模型,研究表明,填料粒径越细,GUHPC堆积密实度越高,且相对应微观形态越平整致密,GUHPC破坏形态越好,相对应的GUHPC抗压强度也越高。而对石英砂Ⅱ进行替代时,其GUHPC强度随堆积密实度的提高反而有所降低,这是由于对石英砂的大量替代,降低了石英砂对GUHPC的骨架作用。
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