不同碱环境下掺合料抑制碱硅酸反应及其机理研究

发布时间：2020-06-05 23:33

【摘要】：本研究采用陶瓷抛光渣及粉煤灰为掺合料,取代部分硅酸盐水泥,依据JGJ52-2006砂浆棒快速法制备砂浆棒,对基准试件及掺合料取代部分水泥试件进行膨胀率及力学性能测试,对比分析在KOH、NaOH这两种不同碱环境下,矿物掺合料对ASR的抑制作用。采用SEM和EDS分别对试样界面过渡区的微观结构及宽度、元素分布及其含量进行对比分析,借助XRD对ASR生成物进行分析,探索掺合料抑制ASR的共性规律及其内在机理。得到以下主要结论:(1)纯水泥基准试件在KOH环境下的膨胀率比在NaOH环境下小,说明同等条件下K~+比Na~+对ASR的影响小。粉煤灰、抛光渣能有效抑制这两种碱环境下的ASR,且总趋势为随取代率增加膨胀率降低。(2)粉煤灰和抛光渣取代部分水泥,可有效提高砂浆棒在碱环境下的强度,但取代量过多会使强度下降。矿物掺合料取代部分水泥的砂浆棒试件在碱性条件下的强度与水化反应产物、ASR膨胀及界面过渡区的组成和结构相关。综合考虑粉煤灰、抛光渣对ASR的抑制和材料强度的影响,粉煤灰、抛光渣取代水泥量宜取20%~30%。(3)掺合料取代部分水泥试件的界面过渡区结构较纯水泥试件的更致密,界面区宽度更小。无论在KOH还是NaOH环境下,有矿物掺合料时界面区Si含量升高,Ca含量降低,Na在界面区减少且趋于均匀分布;而K、Al在界面区富集。这是本研究得到的掺粉煤灰或抛光渣所得到的共性规律。(4)矿物掺合料对ASR的抑制机理为:一方面,掺合料细度较水泥小且其二次水化反应生成具有胶结作用的凝胶和其它水化产物,可填实孔隙、改善界面区微观结构,使水分及碱不易流通。另一方面,掺合料中的Al_2O_3对抑制ASR起了关键的作用,二次水化反应后形成低Ca/Si、Ca/Al的C-A-S-H凝胶,对碱的吸附固定能力增强。K~+离子半径比Na~+大,因而K~+更易与Al_2O_3结合,K、Al在界面区富集,Na~+则与掺合料中过多的硅在远集料区反应被滞留。K~+和Na~+比Ca~(2+)更易与Al_2O_3结合生成碱-铝硅酸盐凝胶,K~+与矿物掺合料及集料中高含量SiO_2、Al_2O_3结合,在界面过渡区生成了体积稳定的碱铝硅酸盐凝胶,最后结晶为结构稳定体积不易膨胀的架状结构硅酸盐矿物,因而抑制了ASR的发生。
【图文】：

试件,砂浆,纯水泥,掺合料

（a）25mm×25mm×280mm 试件（b）40mm×40mm×160mm 试件图 2.2 两种尺寸的砂浆棒试件表 2.3 砂浆试件的配比试件名称水泥/g 掺合料用量/g 掺合料取代水泥量/% 集料/g 水/gWN1/WK1 440/484 0/0 0990/1089 206.8/227.WN2/WK2 440/484 0/0 0PN2/PK2 352/387 88/97 20PN3/PK3 308/339 132/145 30PN4/PK4 264/290 176/194 40FN2/PK2 352/387 88/97 20FN3/PK3 308/339 132/145 30FN4/PK4 264/290 176/194 40注：W 表示纯水泥基准试件，N 表示 NaOH，K 表示 KOH，WN1/WK1 表示分别使用 NaOH/KOH析纯使水泥当量碱达到 1%，80℃自来水浸泡；WN2/WK2 为纯水泥试件分别在 80℃1mol/LNaOH/KO环境下浸泡；P 表示抛光渣试件；F 表示粉煤灰试件；352/387 表示尺寸为 25 mm×25 mm×280 mm/mm×40 mm×160 mm 试件的分别水泥用量，其他材料用量表示类似；在 NaOH 环境下浸泡试件的

试验仪器

第 2 章原材料及研究方案部配套试件架），容器外的水不能进入，，不影响容器内溶液浓度。（6）碱骨料反应水浴箱：恒温，温度控制范围为（80 2）℃。（7）扫描电子显微镜（SEM）及 X 射线能谱仪（EDS）：设备型号 FEIQuanta200F 产自荷兰，高真空下（30kv 分辨率 1.2nm）、低真空（3kv 分辨率3.0nm），配置 EDAX Genesis 2000 X-射线能谱仪。如图 2.3（b）。（8）X-射线衍射仪（XRD）：德国 Bruker 公司生产的型号为 D max/RB。
【学位授予单位】：南昌大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TU528

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