【摘 要】
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我国城市化的快速发展和生活质量的不断提升,混凝土建筑的美观性能和耐久性能需求越来越高。超高性能混凝土（Ultra-High Performance Concrete,UHPC）可以提供足够的施工强度和结构耐久性,满足建筑工程高耐久、大尺寸、薄壁化、轻量化的设计要求,在大跨度桥梁工程、抗爆工程、防辐射工程等领域发挥重要的作用。但普通UHPC美观性不足,原材料成本高、自收缩变形大,极大的限制了UHPC
【基金项目】
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国家自然科学基金面上项目“超高性能煤矸石地聚物混凝土微结构的形成与调控机制”（No: 52172013）；
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我国城市化的快速发展和生活质量的不断提升,混凝土建筑的美观性能和耐久性能需求越来越高。超高性能混凝土（Ultra-High Performance Concrete,UHPC）可以提供足够的施工强度和结构耐久性,满足建筑工程高耐久、大尺寸、薄壁化、轻量化的设计要求,在大跨度桥梁工程、抗爆工程、防辐射工程等领域发挥重要的作用。但普通UHPC美观性不足,原材料成本高、自收缩变形大,极大的限制了UHPC的大范围推广应用。因此,本论文开展了饰面超高性能混凝土（Decorative UHPC,DUHPC）的研制,并对DUHPC美观性能、光催化性能和自收缩变形等关键性能进行优化。通过大掺量辅助性胶凝材料制备DUHPC,研究掺合料的掺合比例对DUHPC工作性能、力学性能和美观性能的影响规律,并通过方差分析方法确定各影响因素的重要程度,并确定最佳配合比;选用纳米Ti O2（Nano-Ti O2,NT）提升DUHPC的抗渗和光催化性能,通过低场核磁、SEM、TG等方法表征了孔隙结构、微观形貌、水化产物等微结构的变化规律,揭示NT对DUHPC性能的提升机制;使用具有内养护效应的纤维素纤维（Cellulose Fiber,CF）改善DUHPC的自收缩性能,通过非接触式收缩测试方法研究了CF对DUHPC自收缩的发展和影响规律,并通过Zeta电位、红外光谱、低场核磁、SEM等方法表征了CF的吸附效应、孔结构变化和微观形貌,揭示了CF对DUHPC自收缩抑制机理。得出结论如下:（1）不同矿物掺合料的掺加比例下,制备的DUHPC的抗压强度达到160-190 MPa,白度值67以上,具有优异的力学性能和美观性能。各影响因素中,W/B对DUHPC的流动性和强度的影响最为显著,其次是硅灰（Silica fume,SF）,影响最小的是石灰石粉（Limestone powder,LP）和偏高岭土（Metakaolin,MK）。DUHPC最佳配比为W/B=0.16,MK:SF:LP=1:3:6。（2）NT能够提高DUHPC的抗压强度,但提升幅度随掺量的增加而下降。NT掺量为1%时DUHPC的吸水率最低,其毛细吸附传输速率为1.07×10-3mm·s-1/2较基准组降低了20.7%,主要源于NT促进了胶凝材料和Ca CO3反应,生成的凝胶状物质和碳铝酸钙细化了毛细孔。但NT掺量增加使基体工作性能变差,导致初始裂纹和孔隙增多,从而吸水速率逐渐提高,甚至超过基准组。（3）DUHPC光催化效率随着NT掺量增加显著提高,NT掺量为10%时光催化效率趋于饱和,较基准组提高约15倍。然而,掺量增加到13%时,DUHPC对罗丹明B吸附量增加约12%,且未水化的WPC反应形成Ca CO3,阻碍了紫外光与NT接触,导致NT掺量超过10%时光催化效率增长速率下降。（4）CF对DUHPC工作性能影响程度较小。CF提高了DUHPC的抗压和抗折强度,CF掺量为0.9kg/m~3时DUHPC 28d的抗压和抗折强度可达156.3MPa/42.5MPa。DUHPC自收缩主要集中在早期约占整个周期的70%,CF的释水效应和桥接效应显著降低了DUHPC的自收缩,CF掺量为0.9kg/m~3时DUHPC自收缩最小较基准组降低了65%。（5）DUHPC早期自收缩可分为六个阶段,前两个阶段基体收缩主要由于基体初始水化热收缩导致;WPC进入水化加速期后,基体内部湿度出现降低导致基体在第Ⅲ阶段呈收缩状态,当CF掺量为0.9kg/m~3时基体内部湿度降低最少,较基准组高42%,基体自收缩率最小为524×10-6;随着反应的进行基体内部温度不断积累升高,且基体中的石膏反应以及LP与铝相反应生成膨胀物,使得基体内部产生较大应力导致基体在第Ⅳ阶段呈短时间膨胀;由于基体中石膏和铝相逐渐被消耗膨胀物生成量逐渐减少,且基体温度逐渐回落,使得基体在后两个阶段仍呈收缩状态,CF掺量为0.9 kg/m~3时由于其释水效应使得基体内部湿度降低最少,较基准组高约16%,基体自收缩率最小为68×10-6。通过Kelvin定律和Yang-Laplace方程计算发现CF降低了DUHPC的毛细孔负压从根源上降低了DUHPC自收缩。计算发现DUHPC自收缩的模拟值与实测值吻合度较高,但第Ⅳ阶段由于基体产生膨胀导致DUHPC在第Ⅳ阶段后自收缩的模拟值大于实测值。
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