镁质碱式盐胶凝材料及其珊瑚混凝土增强增韧机理研究

发布时间：2020-04-02 07:33

【摘要】：随着对海洋环境资源认知的不断完善,各国对远洋岛礁建设热情高涨。在“一带一路”战略引导下,我国岛礁资源的开发利用也正稳步开展。而传统的硅酸盐水泥混凝土在原料、生产工艺和使用性能等方面受到海洋环境的制约,在大规模的岛礁建设中开始出现高投入、低收益的尴尬局面。镁质碱式盐水泥除了有着高强、早强和良好粘结性的胶凝材料特性外,还能够适应海水侵蚀环境。同时,以海洋化工产品为主要原料,实现就地取材。结合级配良好的珊瑚砂作骨料,以海水进行拌合,制成镁质碱式盐水泥珊瑚混凝土,可以为岛礁建设提供新思路。本文通过对不同配合比、不同养护温度的镁质碱式盐水泥净浆和砂浆试件的抗压试验和抗折试验,以抗压强度、抗折强度、折压比和软化系数等指标对镁质碱式盐水泥在配合比和养护温度变化下的物理力学规律进行了研究,得出了对镁质碱式盐水泥进行增强增韧的基本理论,并基于此给出了最佳的配合比和养护温度范围。通过微观分析对水泥的宏观力学性能进行解释,是进行水泥增强增韧机理研究的有效手段。本文以扫描电子显微镜(SEM)对不同配合比、不同养护温度的净浆试件进行了微观分析。通过对晶须数量、微观形貌和排列规律等微观指标的分析,确定了配合比和养护温度对水泥微观结构的影响规律,完善了镁质碱式盐水泥的增强增韧机理,并结合微观指标确定最佳的镁质碱式盐水泥生产配合比和养护温度。耐水性差是限制镁质碱式盐水泥大规模工程实践的主要原因,本文以高效复合改性剂——Si_3(PO_4)_4对水泥进行改性规律研究。通过对改性后砂浆试件的抗折强度、抗压强度、折压比和软化系数等指标的分析,得出了配合比和养护温度对水泥改性的影响规律。为了验证镁质碱式盐水泥的工程实践价值,本文对不同养护温度下镁质碱式盐水泥珊瑚混凝土进行了研究。在完成了配合比设计、生产工艺总结的工作后,本文基于对混凝土抗压、抗折、劈裂抗拉等强度指标和折压比韧性指标的分析结果,得出了对镁质碱式盐水泥珊瑚混凝土进行增强增韧的基本思路。从骨料级配和骨料增强两方面对混凝土强度进行改性,提出了从控制骨料最大粒径和增强粗骨料性能方面对混凝土强度进行提升的建议。并以Si_3(PO_4)_4为改性剂,验证了改性剂对混凝土耐水性提升的有效性。
【图文】：

相图,相图,体系,硫氧镁

图1-1 23℃下MgO-MgCl2-H2O 体系相图[12]图1-2 3相、5相和Mg(OH)2溶解平衡图[13]硫氧镁水泥在氯氧镁水泥之后出现就已经出现[16]，但是研究相对滞后。1957年，Demediuk 等[17, 18]对以 MgO 与过量 MgSO4溶液反应的水泥水化产物为对象，发现了包括 5Mg(OH)2·MgSO4·3H2O（5·1·3 相）、3Mg(OH)2·MgSO4·8H2O（3·1·8相）、Mg(OH)2·2MgSO4·3H2O（1·2·3 相）和 Mg(OH)2·MgSO4·5H2O（1·1·5 相）等在内四种碱式硫酸镁水化产物，同时研究发现只有 3·1·8 相在 35℃时是稳定相。1972 年，，Kahle 等[19]曾利用蒸汽养护获得了 3·1·8 相和 5·1·3 相共存的水泥石。1980年，Urwongse 等[20]对 MgO-MgSO4-H2O 三元体系相图进行研究，发现除了之前发现的较为稳定的 3·1·8 相之外，也存在包括 MgSO4·nH2O（n=1, 6, 7）、MgO、和Mg(OH)2等在内的稳定相，甚至是亚稳态的 1·1·5 相和 MgSO4·4H2O 也能够存在，并根据自己的研究成果绘出了 MgO-MgSO4-H2O 三元体系的相图，如图 1-3 所示。硫氧镁水泥水化产物，化学式 xMg(OH)2·yMgSO4·zH2O，称碱式硫酸镁晶须或硫氧镁晶须。它宏观上是白色絮状物质，微观则成单晶纤维状，具有很好的增强、增韧和阻燃等作用，亦是本课题进行增强增韧研究的重要前提。为了便于研究硫氧镁水泥水化产物及其性质，学者们通过实验室直接合成硫氧镁晶须的方法进行研究。1997 年，魏钟晴等[21]以 MgO 或 Mg(OH)与 MgSO溶液反应，在高温高压

相图,相和,硫氧镁

图1-1 23℃下MgO-MgCl2-H2O 体系相图[12]图1-2 3相、5相和Mg(OH)2溶解平衡图[13]硫氧镁水泥在氯氧镁水泥之后出现就已经出现[16]，但是研究相对滞后。1957年，Demediuk 等[17, 18]对以 MgO 与过量 MgSO4溶液反应的水泥水化产物为对象，发现了包括 5Mg(OH)2·MgSO4·3H2O（5·1·3 相）、3Mg(OH)2·MgSO4·8H2O（3·1·8相）、Mg(OH)2·2MgSO4·3H2O（1·2·3 相）和 Mg(OH)2·MgSO4·5H2O（1·1·5 相）等在内四种碱式硫酸镁水化产物，同时研究发现只有 3·1·8 相在 35℃时是稳定相。1972 年，Kahle 等[19]曾利用蒸汽养护获得了 3·1·8 相和 5·1·3 相共存的水泥石。1980年，Urwongse 等[20]对 MgO-MgSO4-H2O 三元体系相图进行研究，发现除了之前发现的较为稳定的 3·1·8 相之外，也存在包括 MgSO4·nH2O（n=1, 6, 7）、MgO、和Mg(OH)2等在内的稳定相，甚至是亚稳态的 1·1·5 相和 MgSO4·4H2O 也能够存在，并根据自己的研究成果绘出了 MgO-MgSO4-H2O 三元体系的相图，如图 1-3 所示。硫氧镁水泥水化产物，化学式 xMg(OH)2·yMgSO4·zH2O，称碱式硫酸镁晶须或硫氧镁晶须。它宏观上是白色絮状物质，微观则成单晶纤维状，具有很好的增强、增韧和阻燃等作用，亦是本课题进行增强增韧研究的重要前提。为了便于研究硫氧镁水泥水化产物及其性质，学者们通过实验室直接合成硫氧镁晶须的方法进行研究。1997 年，魏钟晴等[21]以 MgO 或 Mg(OH)与 MgSO溶液反应，在高温高压
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TU528

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