低水胶比水泥基材料(Low Water Binder Ratio Cement Based Materials,LWBRCM)是一种新型的水泥基复合材料,在国防、核电、海洋平台等特种工程中具有重要的战略意义。通常,LWBRCM具有水胶比极低(<0.20)、胶凝材料用量高等特点,由此导致未水化水泥颗粒含量高等突出问题。在潮湿或水环境下,外界水分进入混凝土结构内部,导致未水化的水泥颗粒继续水化而诱发膨胀开裂,影响混凝土的长期服役性能(即水稳定性问题)。目前,低水胶比水泥基材料的水稳定性仍是一个具有较多争议性的话题,对其内部未水化水泥颗粒的危害尚未引起足够的重视。此外,评价水稳定性的方法大多沿用B.Hillemeier采用的高温水浴法,养护温度过高(>=80℃),不能排除二次钙矾石膨胀的危害,可能会夸大混凝土的水稳定性问题。评价指标方面,主要通过测定强度损失率、相对超声波声时值、抗冻性和抗水渗透性,以及统计混凝土试块表面裂纹的数目和宽度来评定混凝土的水稳定性。未水化水泥颗粒后期继续水化对低水胶比水泥基材料的体积稳定性、抗氯盐侵蚀、抗碳化等其他耐久性指标的影响,仍旧需要继续研究。本文采用高温水浴法(20℃、40℃、60℃、90℃),研究了不同水灰比和矿物掺合料条件下未水化水泥颗粒后期水化对水泥净浆力学性能、体积稳定性、抗氯离子渗透性、抗碳化等性能的影响。研究结果表明:(1)低水胶比水泥基材料在外部水环境下的损伤过程可以分为两个阶段:a.密实阶段,未水化水泥颗粒继续反应生成后期水化产物,不断填充空隙、裂缝、孔洞等缺陷,直至孔隙内填充物的膨胀应力开始破坏孔隙外壁;b.微裂纹扩展阶段,即不均匀膨胀致使裂纹开始出现并扩展,裂纹中的Ca(OH)2被碳化,使表面裂纹张开,表面腐蚀,水分大量进入水泥基材料内部。(2)水灰比越低,水泥净浆试块90d的水稳定性现象越严重。其90d的化学结合水量增长率、膨胀值、抗折强度损失率和抗压强度损失率均随水灰比的降低而增大。(3)相同养护温度下,水泥净浆试块相同位置处的化学结合水量随养护龄期的增大而增大,这说明水泥净浆中的未水化水泥颗粒参与了后期的继续水化反应;且距离水分侵入端越近,水泥净浆试块同一龄期的化学结合水量和Ca(OH)2含量越大,存在外界水分自外向内的迁移过程。(4)结合MIP和BSEM结果分析证明,未水化水泥颗粒参与了后期的继续水化反应,并导致水泥石内部产生微裂缝,总的孔隙率上升,有害孔的数目明显增多。(5)粉煤灰、硅灰对水泥净浆的水稳定性均存在不同程度的影响。对于掺粉煤灰的水泥净浆,主要是孔结构变化引起水泥净浆各项性能指标损失严重。而掺适量硅灰的水泥净浆,主要是未水化水泥颗粒数目变化导致其各项性能指标的提升。双掺粉煤灰与硅灰时,水泥净浆中未水化水泥颗粒数目的减少及其对孔结构的改善是导致水泥净浆各项性能提升的重要原因。