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废玻璃砂/粉超高性能混凝土性能及微观机理研究

摘要

超高性能混凝土（Ultra-high-performanceconcrete，以下简称“UHPC”）克服了普通

混凝土强度低、延性差的缺点，主要应用于桥梁、道路等工程领域。然而胶凝材料用量

多、早期水化热高、能耗高、成本高等问题制约了UHPC在工程领域的广泛应用。采取

掺入吸水率低且硬度高的废玻璃砂或具有潜在活性的废玻璃粉的方式，可降低生产成本、

减少胶凝材料用量，同时有助于解决废玻璃不当堆积造成环境污染的问题。为推动废玻

璃砂/粉在UHPC中的应用，有必要研究废玻璃砂/粉对UHPC性能的影响及微观机理。

试验使用废玻璃砂取代河砂和废玻璃粉取代水泥制备UHPC，分析废玻璃砂/粉对

UHPC宏观性能的影响。利用扫描电镜区分水化产物，使用压汞法分析孔径分布，运过

纳米压痕技术探究界面过渡区和基体微观弹性模量变化，研究废玻璃砂/粉对UHPC的

微观作用机理。采用正交试验方法对高掺量废玻璃砂UHPC影响因素进行极差分析和方

差分析，寻求高掺量废玻璃砂UHPC性能最佳的配合比。主要工作和结论如下：

（1）通过流动性、抗压试验和抗折试验，分析了两种粒径（227μm、97μm）的废玻

璃砂取代10%、30%、50%、70%河砂对UHPC宏观性能的影响。结合孔径分布、界面

过渡区形貌和宽度特征，揭示了废玻璃砂对UHPC微结构的作用机制。结果表明，掺入

废玻璃砂提高了UHPC流动性、抗压强度和抗折强度。废玻璃砂的掺入增强了界面过渡

区密实度，促使骨料四周基质致密化，细化了孔结构，降低多害孔的比率最高可达13%。

（2）通过流动性、水化热和抗压抗折试验，研究了两种粒径（38μm、14μm）的废

玻璃粉取代10%、20%、30%水泥影响UHPC宏观性能的规律。结合水化产物形貌特征

和C-S-H凝胶钙硅比，分析了废玻璃粉对UHPC微观结构的影响机理。通过分析基体微

观弹性模量分布情况以定量表征物相含量，明晰了废玻璃粉对主要物相含量的影响。结

果表明，掺入废玻璃粉改善了流动性，降低了水化热和早期强度，提高了60d、90d强

度。废玻璃粉有助于降低C-S-H钙硅比，提高HDC-S-H含量，提升微结构密实度。

（3）基于正交试验对水胶比、硅灰掺量和钢纤维掺量影响高掺量废玻璃砂UHPC

流动性和力学强度的程度进行了极差分析和方差分析。结果表明，高掺量废玻璃砂

UHPC最佳水胶比、硅灰掺量、钢纤维掺量分别是0.19、25%、2.5%。

关键词：废玻璃砂/粉；超高性能混凝土；力学性能；微观结构；纳米压痕

StudyonPropertiesandMicroscopicMechanismofUltra-High

PerformanceConcretewithWasteGlassSand/Powder

Abstract

Ultra-highperformanceconcrete(UHPC)overcomestheshortcomingsofordinary

concrete,suchaslowstrengthandpoorductility,andismainlyusedinconstruction,bridges,

roadsandotherengineeringfields.However,theproblemsofhighdosageofcementitious

materials,highearlyheatofhydration,highenergyconsumption,highcosthaverestrictedthe

wideapplicationofUHPCintheengineeringfield.Thewayofmixingwasteglasssandwith

lowwaterabsorptionandhighhardnessorwasteglasspowderwithpotentialactivity