针对天山胜利隧道TBM压注式超高性能混凝土(UHPC)的性能要求,基于紧密堆积理论,优化了混凝土中胶凝材料各组分的比例。通过掺入钢渣粉、纳米早强剂和塑性膨胀剂配制出了大流动度、超长保坍、超早强、低收缩的UHPC,并研究了胶凝材料体系紧密堆积孔隙率、钢纤维掺量、混凝土流动性三者之间的关系。结果表明:采用复合掺合料、钢渣粉优化胶凝体系、骨料体系可制备出工作性良好、各项性能指标均能满足要求的UHPC,初始流动度大于700 mm,4 h流动度经时损失小于5%,1 d拆模且抗压强度大于设计要求51.6 MPa,28 d干燥收缩仅为200×10-6。纳米早强剂的掺入不但保证了混凝土早期强度的增长,而且不影响混凝土流动性的长时间保持和后期强度的增长。

选用粉煤灰、矿粉、钢渣微粉、脱硫石膏配制了混凝土用低收缩复合掺合料,通过正交试验研究了复合掺合料对混凝土性能的影响,确定了各组分的最佳含量。结果表明:与纯水泥体系相比,掺入复合掺合料后,水泥浆体的标准稠度用水量呈波动变化趋势,凝结时间整体呈先降后升的趋势,胶砂强度整体也呈先降后升的趋势,干缩率有所降低。实际应用时,可根据工程要求选择合适的复合掺合料配比。

针对一种严酷环境全耐久要求的混凝土,在复掺粉煤灰和矿渣微粉的基础上,对比研究掺加硅灰、引气剂、钢纤维对高强混凝土性能的影响;制备出了一种具有较好的流动性,强度等级为C60且具有一定抗拉性能的全耐久混凝土。采用真空保水法、X-CT、压汞法三种方法测得混凝土孔隙率,研究了该混凝土的各种耐久性及其相互关系。结果表明,不同测孔方法,采用不同方法评估混凝土的渗透性,其测试结果差别较大;高强混凝土引气后,收缩增大,抗渗性与强度降低,对其他耐久性无影响。

采用紧密堆积理论优化出了超高性能混凝土(UHPC)胶凝材料体系各组分比例,通过掺加钢渣粉和复合膨胀剂配制出低水化热低收缩UHPC,并通过SEM分析了UHPC水化产物和界面黏结微观结构。结果表明,采用大掺量矿物掺合料优化胶材体系和骨料体系可制备出工作性良好、标养条件抗折强度达25.6 MPa、抗压强度达142 MPa的UHPC,绝热温升仅59.7℃,180 d干燥收缩率仅280×10-6。钢渣粉的掺入不仅能有效降低UHPC水化热,对抑制收缩也有一定作用。