过硫磷石膏矿渣水泥混凝土抗海盐侵蚀性能与机理研究

发布时间：2018-12-11 03:20

【摘要】：磷石膏是我国磷工业生产过程中产生的副产品，其排放量大且难以得到有效利用，长期堆放对环境造成严重污染，因此加速磷石膏的资源化利用已变得刻不容缓。为推动磷石膏的资源化利用，尤其是开拓其在海洋工程中的应用前景，本文以45%磷石膏和49%矿渣为主要原料，辅以2%钢渣，4%水泥熟料复合，在常温常压下制备出性能良好的低碳胶凝材料——过硫磷石膏矿渣水泥。以此胶凝材料为基础，参照普通硅酸盐水泥混凝土的配制方法，制备了过硫磷石膏矿渣水泥混凝土。采用XRD，SEM，EDS，TG-DSC，MIP，水化热分析和力学性能试验等测试手段，系统研究了过硫磷石膏矿渣水泥混凝土与普通水泥混凝土的力学性能、微观结构和水化反应过程。通过模拟人工海水环境研究了过硫磷石膏矿渣水泥混凝土抗海盐侵蚀性能，并分别对其抗氯盐侵蚀，抗硫酸盐侵蚀及抗镁盐侵蚀性能及作用机理进行了分析。在此基础上，研究了硅灰和偏高岭土对改善过硫磷石膏矿渣水泥混凝土力学性能，显微结构和抗海盐侵蚀性能及作用机理。实验研究表明： C30等级配合比条件下制备的过硫磷石膏矿渣水泥混凝土的3d强度低于普通硅酸盐水泥混凝土和普通矿渣水泥混凝土，但混凝土7d强度迅速增长，28d强度可以达到40.8MPa，接近同等级普通硅酸盐水泥混凝土。减少磷石膏掺量，提高磨细矿渣粉的比表面积能够使过硫磷石膏矿渣水泥混凝土的力学性能得到增强。 过硫磷石膏矿渣水泥混凝土水化产物主要是AFt(钙矾石)和C-S-H凝胶，AFt和剩余的CaSO4·2H2O被紧紧包裹在凝胶中，形成均匀的致密结构，与硅酸盐水泥水化产物的显著区别是未发现有Ca(OH)2。过硫磷石膏矿渣水泥混凝土中的矿渣在与水泥熟料/钢渣(碱激发)和磷石膏(硫酸盐激发)协同水化反应下，比普通硅酸盐水泥混凝土形成更多低Ca/Si的C-S-H凝胶以及小于10nm的凝胶孔。过硫磷石膏矿渣水泥混凝土比普通硅酸盐水泥混凝土的浆体骨料的界面过渡区更加平整密实。由于过硫磷石膏矿渣水泥中水泥熟料的掺量低，碱度小，以及磷石膏的缓凝作用，导致矿渣无法快速溶蚀释放出活性物质参与水化反应，使得过硫磷石膏矿渣水泥早期水化放热量较低。 过硫磷石膏矿渣水泥混凝土，普通硅酸盐水泥混凝土和普通矿渣水泥混凝土经人工海水侵蚀循环后混凝土的抗压强度下降，，且随着海水侵蚀循环次数的增加，混凝土强度下降越明显。过硫磷石膏矿渣水泥混凝土抗海盐侵蚀性能强于普通硅酸盐水泥混凝土和普通矿渣水泥混凝土。海盐侵蚀后过硫磷石膏矿渣水泥混凝土的水化产物组成及形貌发生改变，混凝土内部钙矾石含量增多，板片层状磷石膏随着溶解反应含量减少，混凝土界面过渡区有微裂纹生成。 采用电通量法，快速氯离子渗透系数法和非稳态自然扩散法测得的过硫磷石膏矿渣水泥混凝土的抗氯离子渗透性能均要优于普通硅酸盐水泥混凝土和普通矿渣水泥混凝土。过硫磷石膏矿渣水泥混凝土的细化孔结构和化学吸附固化Cl-生成Friedel盐能力使得其具有优异的抗氯离子渗透性能。过硫磷石膏矿渣水泥混凝土内部未反应的磷石膏富含SO42-，能够抵御外来的SO42-对其内部造成钙矾石侵蚀破坏，因而其抗硫酸盐侵蚀性能要优于普通硅酸盐水泥混凝土和普通矿渣水泥混凝土，在硫酸盐环境下其抗压强度不降低反而会有所增加。镁盐侵蚀对过硫磷石膏矿渣水泥混凝土抗压强度的破坏影响较大，但由于其内部熟料掺量少，造成的侵蚀破坏作用要小于普通硅酸盐水泥混凝土和普通矿渣水泥混凝土。过硫磷石膏矿渣水泥混凝土由于其独特的组成结构，使得其同时具备优良的抗氯离子渗透性能，抗硫酸盐侵蚀性能，以及抗镁盐侵蚀性能，从而使其具备优于普通硅酸盐水泥混凝土和普通矿渣水泥混凝土的抗海盐侵蚀性能。 硅灰或偏高岭土的掺入可以大幅度增强过硫磷石膏矿渣水泥混凝土力学性能。同时掺入硅灰或偏高岭土可以明显改善过硫磷石膏矿渣水泥混凝土抗海盐侵蚀性能，使过硫磷石膏矿渣水泥混凝土受海盐侵蚀的抗压强度损失率降低。硅灰和偏高岭土可以改善过硫磷石膏矿渣水泥混凝土的水化产物形貌及显微结构，改善混凝土的孔隙结构，从而改善过硫磷石膏矿渣水泥混凝土的各项性能。 超声波法和冲击回波法是两种无损检测新技术，通过对混凝土进行波速测定来初步建立了过硫磷石膏矿渣水泥混凝土抗压强度与超声波速和应力波速的关系，为今后用于实时评价过硫磷石膏矿渣水泥混凝土结构在海洋环境下的服役状况奠定了基础。
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【学位授予单位】：武汉理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TV431

【参考文献】

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本文编号：2371774