《Journal of Materials Research and Technology》：Effect of steam curing and dry-heat curing on the early strength and microstructure mechanism of reactive powder concrete
编辑推荐：
活性粉末混凝土（RPC）较传统混凝土具有更优的力学与耐久性能，因而在现代工程中应用广泛。然而不同养护制度对其强度特征影响各异，尚需深入研究。研究人员考察了80 ℃蒸汽养护及105 ℃、200 ℃干热养护下RPC的早期强度变化，并借助压汞法（MIP）、扫描电镜（
活性粉末混凝土（RPC）较传统混凝土具有更优的力学与耐久性能，因而在现代工程中应用广泛。然而不同养护制度对其强度特征影响各异，尚需深入研究。研究人员考察了80 ℃蒸汽养护及105 ℃、200 ℃干热养护下RPC的早期强度变化，并借助压汞法（MIP）、扫描电镜（SEM）、热重分析（TGA）与X射线衍射（XRD）等表征手段探讨微观结构演变机制。研究发现，80 ℃蒸汽养护更有利于提升RPC早期抗折强度（4 d达24.1 MPa），主要归因于纺锤状C2SH(B)晶体与C-S-H凝胶形成致密界面过渡区（ITZ），显著消除Ca(OH)2与微裂纹；相较常温养护，200 ℃干热养护1 d使早期抗压强度提升123%，但高温削弱了硬硅钙石（tobermorite）晶体与脱水凝胶的界面结合，致使抗折强度下降。孔结构分析表明，蒸汽养护总孔隙率最低（8.1%），最可几孔径仅3.02 nm；105 ℃干热养护因水分快速蒸发使20–100 nm少害孔增多，总孔隙率升至12.9%。热分析与XRD进一步确认升温降低C-S-H的Ca/Si比并促进晶相转变。结果表明，RPC早期抗折强度取决于亚微观界面粘结，而早期抗压强度主要取决于基体本征强度。该研究为特定承重基础设施的养护制度选择提供了数据支撑。
研究背景方面，活性粉末混凝土（Reactive Powder Concrete，RPC）作为超高性能混凝土（UHPC）的典型代表，通过剔除粗骨料、引入微米钢纤维及优化胶凝材料组成获得致密基体，广泛用于预制预应力桥面板、核废料容器及薄层承重结构。现有养护制度包括标准养护、蒸汽养护、热水养护、干热养护、蒸压养护及复合养护，其中热水养护对拉伸应变改善有限且后期抗压强度倒缩，蒸压养护能耗高、效率低，复合养护周期长成本高，制约了RPC商业化推广。已有研究积累了蒸汽与干热养护下RPC宏观强度数据，但从微观层面统一解释“蒸汽养护利抗折、干热养护利抗压”的分化控制机制尚未建立，界面过渡区（ITZ）内水化产物内应力诱发微裂纹与强度演化的因果关系亦待澄清。为此，研究人员以无钢纤维RPC为对象，系统对比80 ℃蒸汽养护、105 ℃与200 ℃干热养护对早期强度及微观结构的影响，旨在揭示养护制度—微观结构—强度响应的本构联系，为承重构件养护工艺定向优化提供理论依据。该文发表于《Journal of Materials Research and Technology》。
关键技术方法上，研究人员采用PII 42.5水泥、硅灰、325目石英粉、福建平潭细砂及聚羧酸高效减水剂，按水泥∶硅灰∶石英粉∶细砂∶水∶减水剂=1.00∶0.38∶0.22∶1.10∶0.18∶0.05（质量比）配制无钢纤维RPC，经竖式砂浆搅拌机分层浇筑、高频振实、室温预养24 h拆模后，分别施以常温养护28 d、80 ℃蒸汽养护1/2/4 d、105 ℃干热养护1/2/4 d、200 ℃干热养护1 d（升温速率1.5 ℃/min，无压）。力学测试采用40×40×160 mm梁抗折与100 mm立方体抗压；微观表征对终止水化粉末依次开展压汞法（MIP）测孔结构、环境扫描电镜（SEM）观形貌、NETZSCH STA 449C综合热分析仪做DSC/DTG、PANalytical X'Pert PRO衍射仪行XRD，样本取自失效试件内部并经无水乙醇浸泡与真空干燥预处理。
研究结果部分，3.1节强度特征中，3.1.1抗折强度显示80 ℃蒸汽养护4 d达24.1 MPa，较常温28 d（16.5 MPa）增46.1%，且随龄期近似线性增长；105 ℃干热4 d为22.7 MPa，增幅37.6%；200 ℃干热1 d反降至15.9 MPa（为常温的96.4%），归因于高温过度水化叠加干热失水诱发收缩应力与弱区。3.1.2抗压强度中，80 ℃蒸汽1/2/4 d抗压为119.8/135.5/159.3 MPa，相对强度指数（RSI）1.23/1.40/1.64；105 ℃干热同龄期为127.2/143.4/162.8 MPa（RSI 1.31/1.48/1.68）；200 ℃干热1 d达216.0 MPa（RSI 2.23，较常温增123%），干热环境促进硅灰二次火山灰反应与孔隙填充，升温利抗压但不利抗折。3.2节孔结构特征中，MIP表明常温28 d总孔隙率13.1%、最可几孔径4.02 nm；80 ℃蒸汽4 d降至8.1%、3.02 nm；200 ℃干热1 d为8.3%、3.02 nm；105 ℃干热4 d总孔隙率12.9%但最可几孔径突增至26.31 nm（属20–100 nm少害孔），其抗压仍高于常温，说明单凭最可几孔径或总孔隙率不足以解释强度分化，需结合大孔（>100 nm）比例与界面微裂纹敏感性。3.3节水化产物机制中，SEM显示80 ℃蒸汽养护生成纺锤状C2SH(B)与无定形C-S-H凝胶、ITZ致密且CH近消失；105 ℃干热以絮状簇生针棒状低碱C-S-H（Ca/Si≈1.0）为主；200 ℃干热出现草叶状硬硅钙石（Ca/Si≈0.8）。DTG量化CH含量：80 ℃蒸汽4 d CH近耗尽，105 ℃干热4 d与200 ℃干热1 d残留CH较多（干热阻溶），常温28 d CH最高。XRD中α-石英强峰掩盖其余晶相，但29.5°处C-S-H弥散峰面积以80 ℃蒸汽最显著，证实该制度激发火山灰反应最充分。
讨论与结论翻译部分，研究人员指出RPC早期抗折强度受亚微观ITZ界面粘结控制，蒸汽养护因湿润环境促成纺锤状C2SH(B)与C-S-H填充ITZ、消解CH与微裂纹而优；早期抗压强度取决于基体本征强度，干热高温促生硬硅钙石等结晶相、降低C-S-H的Ca/Si比、削减大孔，故抗压增益更著，但200 ℃时硬硅钙石与脱水凝胶界面脱粘抵消部分抗折收益。升温总体加速水化、细化孔径至3 nm级，但105 ℃干热因蒸发速率匹配不当致少害孔集中。该分化机制统一了既往宏观观测：蒸汽养护适配方件早拆模抗折需求，干热养护宜用于以抗压为主的承重预制件。研究为无钢纤维RPC在特定荷载工况下的养护制度选型提供了微观证据链与数据基线。
