低用水量下大掺量掺合料高性能混凝土的特性和评价
传统混凝土的主要原材料.水泥生产过程中,存在巨大的资源和能源消耗情况以及严重的环境污染问题,减少水泥的使用,增加粉煤灰、矿渣等工业废渣(掺合料)使用量,制备性能优异、耐久性良好的高性能混凝土,对保护生态环境和实现混凝土可持续发展具有重要意义。本论文从优选高效减水剂和掺合料出发,研究高效减水剂和掺合料对水泥早期水化特性的影响,探索在低用水量下制备大掺量掺合料高性能混凝土的方法,同时对其工作性能、力学性能以及微观结构与水化成份等特性进行了研究,在此基础上,从混凝土的抗碳化性和抗氯离子扩散性能两个方面评估了大掺量掺合料高性能混凝土的耐久性问题。
本文的主要研究工作和结论如下:
(1)在减水剂存在下掺掺合料的水泥材料悬浮液的电导测定结果表明,聚羧基系减水剂和萘系减水剂的加入在早期有加速水化的迹象,萘系减水剂更加敏感,但随后会减缓胶凝材料的水化速度,在大掺量掺合料的条件下,减水剂种类所导致减缓水化效果的差别会减少,聚羧基减水剂作用更大。水化放热速率第一个峰的测定也表明,不同种类和用量的减水剂,其减缓水化效果的差别同样会随着掺合料用量的大幅增加而减少。
(2)以粉煤灰、硅灰、磨细矿渣等掺合料替代部分水泥,即使掺合料的掺量达到了70％,在高效减水剂配合下,可以在低用水量下配制出具有良好工作性能和满足强度要求的大掺量掺合料高性能混凝土。在低用水量下,掺加掺合料高性能混凝土的工作性能明显优于不掺加掺合料的普通混凝土,28天(d)和91天抗压强度增进率明显提高,而且复合掺合料的抗压强度增加更加明显。
(3)在合适的掺合料掺量下,能明显改善混凝土的孔分布使孔隙细化,小于20nm的无害孔增多,复合掺加效果更好;复合掺加掺合料比单掺更能消耗水泥水化产生的Ca(OH)2,三者复合与水泥水化产生的Ca(OH)2反应的速度大于一种或两种掺合料复合的情况。在低用水量大掺量掺合料的情况下,会使混凝土中孔隙细化、改善孔径分布和减少Ca(OH)2含量,生成更多的水化C-S-H凝胶和含铝(铁)水化物,这是混凝土后期强度增长率提高的主要原因。
(4)碳化作用对砂浆和混凝土的性能影响不一致,碳化会使砂浆抗压强度增大,但使水泥砂浆抗折强度降低;随掺合料的掺量增加碳化作用对水泥砂浆抗折强度影响增大。碳化作用使砂浆总孔隙率降低;孔隙率对水泥砂浆抗碳化能力的影响大于Ca(OH)2含量的影响。复合掺入多种掺合料虽然降低了水泥砂浆Ca(OH)2含量,但多种掺合料叠加有效降低了水泥砂浆孔隙率,从而有效提高了材料抗碳化能力;各种掺合料的掺入也通过改变混凝土Ca(OH)2和孔隙,来改变大掺量掺合料混凝土的抗碳化性能,在掺量大于30％的情况下,掺合料的加入同样会降低了混凝土的抗碳化能力;同碳化作用对砂浆的影响一致,孔隙率对混凝土抗碳化能力的影响大于Ca(OH)2含量的影响。基于碳化理论模型设计的碳化深度计算软件能够较好的用于砂浆碳化深度计算,但计算得到的混凝土理论碳化深度与实际碳化深度相比计算仍有差异,说明不能用碳化作用下砂浆的性质变化来反映到混凝土性质的变化,二者之间不存在明显的对应关系。
(5)低用水量下,掺加掺合料的混凝土的抗氯离子渗透能力高于普通混凝土,表明掺加、复合掺加两种或三种掺合料混凝土由于各矿物掺合物之间的“协同作用”,使混凝土密实性提高,增强了其抗氯离子扩散性能。不同的混凝土都表现出随着扩散深度的增加,混凝土中总氯离子含量和自由氯离子含量呈线性降低,但在固化氯离子含量方面表现为表面处呈线性降低,扩散到一定深度处,浓度趋于恒定。混凝土中总氯离子含量与自由氯离子含量和固化氯离子含量之间均存在一定的线性关系,总氯离子含量的高低不影响自由氯离子和固化氯离子之间的分配。总氯离子的含量与自由。氯离子含量的关系表现良好的线性关系,总氯离子含量几乎是自由氯离子含量“唯一"的影响因素,但并不是影响固化氯离子含量的唯一因素。
(6)基于Fick第二定律和混凝土寿命预测模型,合适的掺合料,会使混凝土服役寿命延长,复合双掺和三掺的高性能混凝土的服役寿命更长,这是由于其较低的氯离子扩散系数决定的;同时,增大混凝土保护层厚度是提高混凝土服役寿命的有效手段之一。
高性能混凝土;低用水量;掺合料;耐久性
广西大学
博士
化学工艺
童张法
2010
中文
TU528.042.2
143
2011-11-30（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）