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低碳型超高性能混凝土的设计制备及应用

超高性能混凝土（UHPC）是新一代土木工程材料，它具有优异的力学性能和耐久性能，使得其在特殊结构件的生产、工程设施的维修加固以及恶劣环境下长寿命结构的建造方面具有独特优势。但传统的UHPC在材料体系设计层面存在多方面的不合理，如水泥用量大和对原材料品质要求苛刻等。通常，传统UHPC的水泥用量为1000-1300 kg/m3，但其水化率不到50%；传统UHPC要求使用优质石英砂、高效减水剂和纤维，以上材料价格十分高昂。上述缺点严重制约了UHPC的应用范围，限制了其应用途径。因此，采用来源广泛、价格低廉的原材料设计UHPC可有效解决其制造成本高、普适性差等问题。
当前，已有研究报道使用来源广泛的辅助胶凝材料（如粉煤灰和矿粉）和非石英砂骨料作为UHPC的原材料。然而，上述辅助胶凝材料和非石英砂骨料在UHPC颗粒堆积体系中的作用以及对整个材料体系化学活性的贡献程度尚不得而知，对于不同原材料的引入所导致的微结构和性能的影响带来了极大的不确定性。基于上述问题，采用多种现代测试技术和热力学模拟计算，系统地研究了颗粒尺度、性质（反应能力）对UHPC性能的影响机理。基于实验和模拟，研究了颗粒物理和化学性质对UHPC性能的影响，并分析了其对UHPC水化热力学和动力学的相关机理。基于前述理论研究，并进行了工程实践