碾压混凝土材料(Roller Compacted Concrete,简称RCC)是一种干硬性贫水泥混凝土材料,具有高掺量粉煤灰(Fly Ash),低水泥用量等特点,常用于水利大坝和基层公路建设。与常态混凝土相比机械化程度高、工期短、成本低。随着我国水利水电、公路、工业民用建筑等基础设施建设的发展,粉煤灰被大量使用,作为碾压混凝土常规掺合料的粉煤灰日益短缺。近年来,石灰石粉(Limestone Powder)作为新型掺合料广泛应用于碾压混凝土筑坝技术中,但掺有石灰石粉的碾压混凝土材料长期力学性能发展缓慢,抗冻性能较差。硅灰(Silica Fume)具有高火山活性且广泛应用于高强混凝土的配制,因此可将硅灰和石灰石粉同时替代部分粉煤灰制备满足工程技术要求的新掺合料碾压混凝土。本文在国家重点基础研究计划(973计划)(编号:2013CB035901)的资助下,通过掺加硅灰和石灰石粉得到具有高强度、高抗冻性的碾压混凝土材料,具体研究如下:1、研究了硅灰和石灰石粉对碾压混凝土力学性能的影响,并评估了其抗裂性能。试验结果发现石灰石粉能够提高碾压混凝土早期强度,但阻碍长期力学性能发展。而硅灰在整个水化过程中都能够促进强度稳定增长。在掺有20%石灰石粉的碾压混凝土中加入5%的硅灰,能够将抗压强度提高30.36%,劈拉强度提高26.67%,弯曲抗拉强度提高17.5%,跨中位移增加3.6倍,且具有较高的拉压比和较低的弹强比。这显示了硅灰在提高碾压混凝土材料力学性能和抗裂性能方面的优越性。2、研究了硅灰和石灰石粉对碾压混凝土抗冻性能的影响。快冻法和冻融前后弯曲性能对比试验结果显示硅灰和石灰石粉同时替代部分粉煤灰应用于碾压混凝土时,抗冻性能最好。具体表现为其在冻融循环100次后,相对动弹性模量最高,质量损失率最小,冻融后弯曲抗拉强度和跨中位移最大,与冻融前相比,弯曲抗拉强度和跨中位移的损失率也最小。3、研究了硅灰和石灰石粉对碾压混凝土微观结构及反应机理的影响。试验结果发现将20%石灰石粉和5%硅灰同时等量替代粉煤灰时,碾压混凝土整体孔隙结构最优。这是因为硅灰和石灰石粉都具有填充效应,同时使用优化效果叠加。水化过程中,只掺石灰石粉的碾压混凝土中含有大量CaC03和水泥水化产物Ca(OH)2,导致界面过渡区的粘结力和整体微观结构密实度较差。硅灰加入后,由于其高火山灰活性能够迅速和Ca(OH)2反应生成C-S-H凝胶,降低水化产物中Ca(OH)2含量,优化孔结构,提高材料密实度,增强材料的宏观性能。