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石灰石粉作混凝土掺合料的性能研究及机理分析

文俊强

  石灰石粉作为混凝土掺合料已越来越多的出现在实际工程中,但在使用过程中仍存在工作性能、力学性能和耐久性能等方面的问题。为此,本文分析研究了石灰石粉作混凝土掺合料的性能和机理。 用Marsh法测定了石灰石粉与减水剂的适应性;利用砂浆强度试验测定了石灰石粉的比强度;利用干缩试验测定了含石灰石粉水泥基材料的稳定性,用水化热试验测定了石灰石粉对水泥水化放热的影响;利用XRD、SEM-EDS、IR等测试方法研究了含石灰石粉胶凝材料的水化机理和微观结构;利用改进的绝对体积法制备了含石灰石粉的混凝土;利用酸、碱、盐侵蚀法,冻融循环法和氯离子渗透法研究了含石灰石粉混凝土的耐久性;运用图像分析法和压汞法研究了含石灰石粉混凝土的孔结构;运用灰色理论对含石灰石粉混凝土的氯离子渗透性与孔结构的关系进行了研究。 结果表明,聚羧酸系减水剂与含石灰石粉水泥浆体的适应性最佳,而且随着石灰石粉掺量的增加,浆体的流动度逐渐增大。按照石灰石粉掺量30%计算,石灰石粉1d强度比为80.3%,随着龄期的增长石灰石粉的强度比逐渐减小。石灰石粉掺入会使水泥砂浆干缩率增大,但掺量30%试样28d的干缩率小于0.1%。石灰石粉掺入会降低水泥的水化放热,石灰石粉掺入30%的情况下,可以降低水泥的水化放热量21%。 含石灰石粉试样中有单碳水化铝酸钙Ca4Al2O6·CO3·11H2O存在,其形貌呈层片状,不规则排列。含石灰石粉水泥硬化浆体中,发现部分方解石周围存在凝胶及氢氧化钙晶体;部分方解石周围有层片状结构的水化产物生成。含石灰石粉试样在90d龄期之内,Si-O非对称伸缩的吸收频率没有出现向高波数方向移动,石灰石粉的存在没有改变水泥水化产物结构的聚合度。 强碱溶液或高浓度硫酸盐腐蚀3个月,对含石灰石粉混凝土没有形成侵蚀破坏,反而强度有所增加。强酸腐蚀3个月,含石灰石粉混凝土的腐蚀现象较明显,但增大石灰石粉的比表面积则可以明显改善混凝土的抗酸性能。冻融循环50次对含石灰石粉混凝土基本无损害;冻融循环200次,石灰石粉掺量30%的混凝土质量损失3.84%,而复掺形式混凝土的抗冻性能良好,质量损失均小于2.0%。石灰石粉混凝土的28d龄期氯离子渗透系数大于3.0×10-12m2/s,而经过长龄期养护、提高石灰石粉的细度或者与其它掺合料复掺均可降低氯离子渗透系数至1.0×10-12m2/s以内。 从三个维数对含石灰石粉混凝土的孔结构参数:孔表面粗糙度Dr、孔轴线曲折度Dm和孔空间分布特征值Db分别进行了分析研究,结果表明:所配制混凝土的孔表面粗糙度介于1.000-1.053之间,其中含石灰石粉混凝土的孔表面粗糙度较大,随着龄期的增长孔粗糙度逐渐减小;所配制混凝土的孔轴线曲折度介于2.390-2.444之间,粉体的颗粒形貌对于混凝土孔曲折度的影响较大,含石灰石粉混凝土具有较大的孔轴线曲折度,龄期增长孔曲折度逐渐增大;所配制混凝土的孔空间分布特征值介于3.067-3.188之间,石灰石粉的掺入增加了混凝土的孔体积分形维数,使混凝土孔空间分布更复杂,龄期增长孔空间分布特征值逐渐增大。 根据灰色关联理论,计算差分还原方程结果表明,含石灰石粉混凝土的氯离子渗透性与孔表面粗糙度、孔轴线曲折度以及孔空间分布特征值密切相关。三种孔结构参数对混凝土氯离子渗透性影响的显著性依次为:孔轴线曲折度>孔空间分布特征值>孔表面粗糙度。……   
[关键词]:石灰石粉;混凝土;孔结构参数;氯离子渗透性;机理
[文献类型]:博士论文
[文献出处]:中国建筑材料科学研究总院2010年