碱激发混凝土配比及抗氯离子侵蚀性能研究

发布时间：2020-07-26 12:30

【摘要】：碱激发材料作为一种低CO_2排放的胶凝材料,能有效地解决由生产普通硅酸盐水泥所带来的高CO_2排放的问题,近些年来碱激发材料被认为是具发展潜力的绿色新型建筑材料。作为一种新型建筑材料,其长期耐久性需要长期的服役环境中来进行验证。混凝土的破坏大部分是由于钢筋的腐蚀所导致的,而氯离子的侵蚀是导致钢筋腐蚀的主要原因。因此抗氯离子渗透性能是评价混凝土耐久性的重要指标。现有的用于测量水泥抗氯离子渗透的方法有自然扩散法和电加速法。研究表明,对于碱激发体系来说,由于孔溶液中的离子数较多却较为复杂,电加速试验会有误差产生,但是其试验龄期较短。而自然浸泡试验虽然可以避免外加电场所导致的误差,但其试验较为繁琐且测试周期较长。因此客观评价不同测试方法的结果,成为准确的评估碱激发混凝土抗氯离子侵蚀性能的关键。同时,现阶段大多数已有关于碱激发材料抗氯离子侵蚀性能的研究多为净浆和砂浆体系,针对碱激发混凝土的抗氯离子侵蚀性能研究较少,且研究结果存在一些矛盾。本文以碱激发粉煤灰/矿渣复合体系混凝土为研究对象,首先研究了粉煤灰/矿渣掺量、激发剂碱含量及模数、水灰比与混凝土砂率对于碱激发粉煤灰/矿渣混凝土早期性能(包括坍落度,7天与28天抗压强度及吸水率)的影响,得到一系列早期性能满足混凝土相关标准的配合比。在此基础上,采用了非稳态电迁移试验和自然浸泡试验研究了碱激发粉煤灰/矿渣混凝土抗氯离子侵蚀性能,重点探究了不同粉煤灰/矿渣掺量、激发剂碱含量及模数、水灰比与混凝土砂率的碱激发混凝土抗氯离子侵蚀性能。并对碱激发粉煤灰/矿渣混凝土的孔结构进行研究,探讨了碱激发粉煤灰/矿渣抗氯离子侵蚀机理,同时分析比较了两种测试方法在反映碱激发材料抗氯离子侵蚀性能的异同。研究结果表明:碱激发粉煤灰/矿渣混凝土的早期性能(坍落度、抗压强度)及吸水率受粉煤灰/矿渣掺量、激发剂碱含量及模数、水灰比与混凝土砂率的影响较大。随着复合体系中矿渣掺量增大,碱激发混凝土的流动性变差,但7天及28天强度明显增大,微观结构更加致密,吸水率减小;随着复合体系中水灰比的增大,碱激发混凝土的流动性变好,其7天及28天强度下降,微观结构更加疏松,吸水率增大;随着复合体系中碱含量的增大,碱激发混凝土的流动性无明显变化,其7天及28天强度略有所下降,,吸水率降低;随着复合体系中砂率的增大,碱激发混凝土的流动性先增大后减小,存在一个最优值,砂率的变化对于碱激发混凝土7天及28天强度无明显影响,但由于细骨料的增多,骨料的比表面积变大,润湿骨料所需的水越多,吸水率增大。碱激发粉煤灰/矿渣混凝土的抗氯离子侵蚀性能受粉煤灰/矿渣掺量、激发剂碱含量及模数与水灰比影响较大,砂率对于碱激发混凝土的抗氯离子侵蚀性能影响不大,且无明显规律。随着复合体系中矿渣掺量的增大,体系孔隙率降低,孔结构细化,无害的毛细孔增多,体系致密性上升,抗氯离子侵蚀性能增强。随着复合体系中碱含量的增大,体系孔隙率降低,无害的毛细孔增多,体系致密性上升,抗氯离子侵蚀性能增强。随着复合体系中水灰比的增大,体系孔隙率增大,有害的毛细孔增多,体系致密性下降,抗氯离子侵蚀性能降低。碱激发粉煤灰/矿渣混凝土的非稳态迁移系数与自然扩散系数在同一数量级之内,且自然浸泡系数要小于非稳态迁移系数。粉煤灰/矿渣掺量、激发剂中碱含量及模数、水灰比对于非稳态迁移系数与自然扩散系数影响规律一致。且非稳态迁移系数与自然扩散系数之间存在着较强的线性关系。
【学位授予单位】：广州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TU528
【图文】：

产能比,大水,产能,辅助胶凝材料

图 1-1 10 大水泥产能国及产能比例Fig.1-1 Top 10 cement-producing countries and ratio of production capacity目前对于改善水泥碳排放的方法主要使用辅助胶凝材料替代水泥，常见的辅助胶凝材料有石灰石粉、火山灰、硅灰以及工业废弃物粉煤灰、矿渣等[4, 5]。早在上个世纪，30年代就有学者将粉煤灰作为辅助胶凝材料掺入水泥中，而矿渣作为辅助胶凝材料的时间更早，可以追溯到19 世纪70 年代的法国和德国。这些辅助胶凝材料具有水硬活性或火山灰活性与碱性溶液发生反应后会生成具有胶凝性质的材料[6]，这种由碱性溶液激发性能的胶凝材料称为碱激发胶凝材料。1.2 碱激发胶凝材料1.2.1 碱激发胶凝材料的定义与分类

碱激发,高钙,低钙,反应产物

4图 1-2 高钙体系和低钙体系的碱激发材料反应过程和反应产物[17]Fig.1-2 Reaction process and reaction product of alkali-activated material in highcalcium system and low calcium system.[17]激发胶凝材料的反应机理与反应产物激发胶凝材料的反应机理的分析与碱激发胶凝材料的制备及工程性能相关，因此者都陆续开始研究碱激发胶凝材料的反应机理。现阶段对于碱激发胶凝材料的反并没有一个统一的结论，其反应机理尚不明确。但是，对于碱激发材料的反应过可以分为溶解、解聚和缩聚这三个阶段（也就是原材材料在碱溶液的作用下，溶，解聚成单体，最后解聚的单体通过缩聚反应生成硅铝酸盐凝胶）的观点还是较

示意图,碱激发,反应机理,粉煤灰

6形成新的凝胶N-A-S-H，如图1-2所示。图1-4 碱激发粉煤灰反应机理示意图Fig.1-4 Schematic diagram of alkali activated fly ash reaction mechanism1.2.3 碱激发胶凝材料工程性质相较于水泥混凝土而言，碱激发胶凝材料由于原材料的多样性与不稳定性，以及激发剂的加入，使得影响碱激发胶凝材料的工程性质的因素较多[6, 8, 23]。碱激发材料具有凝结时间快、早期强度高、耐腐蚀性能好等优点。然而作为一种新型材料其耐久性越发受到大家关注。1.碱激发胶凝材料早期性能（1）抗压强度就纯矿渣体系来说，矿渣的主要成分中 Ca 含量较高，活性较高，因此碱激发矿渣的抗压强度是要高于水泥的[24-26]。而对于碱激发粉煤灰体系来说，由于粉煤灰颗粒的结构较为致密，可溶性的 SiO2与 Al2O3的含量少，因此其在常温下活性较低，其强度也偏低。如若想得到高强度的碱激发粉煤灰材料

【参考文献】