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高孔隙率低碱度胶凝材料的研究

奚新国

  水泥基胶凝材料是人类与自然界进行物质与能量的交换活动中消费量较大的一种材料,它的生产与使用,以及其本身的性能极大的影响着地球环境、资源、能源的消费量及其所构筑的人类生活空间的质量。长期以来,人类只注重满足某一单方面的需求,而对于如何考虑自然环境的因素,使水泥基胶凝材料的生产和使用有利于环境保护和生态平衡,尽量减轻给环境造成的负担,从自然、环境、生态平衡的角度出发的研究很少。进入八十年代后期以来,保护地球环境,寻求与自然的和谐,走可持续之路成为全世界共同关心的课题。作为人类最大量使用的建筑材料,混凝土今后的发展方向必然是既要满足现代人的要求,又要考虑环境的因素,减轻对地球的负荷,有利于资源、能源的节省和生态平衡。用水泥基胶凝材料来改造生态环境,如治沙漠、治水、治理城市环境等应该是其中的一个重要方向。为了用传统水泥基胶凝材料改造生态环境,本文从形成高孔隙率和降低材料孔隙液相碱度两个方面,设计了粉煤灰多孔混凝土、无砂多孔混凝土、高孔隙率骨料无砂混凝土等三种混凝土,研究了它们的组成、结构、性能之间的关系,同时在这些胶凝材料上进行植物栽培试验。研究结果表明:对于以铝粉发气的水泥—粉煤灰—生石灰—水系统,生石灰的掺量是影响低碱度粉煤灰多孔混凝土孔隙液相碱度的最主要因素,随着生石灰掺量的增加,孔隙液相碱度明显上升。铝粉掺量是影响孔隙率、容重和吸水率的主要因素,随着铝粉掺量的增加,粉煤灰多孔混凝土的孔隙率增加,容重减小,吸水率升高。在不考虑强度因素的情况下,以铝粉掺量为1.2‰,水料比为0.60,水泥掺量为10%,生石灰掺量为15%,粉煤灰占75%,所制得的混凝土的孔隙率可以达到27.74%,90天的pH值为8.92,满足低碱度高孔隙率的要求。低碱度粉煤灰多孔混凝土由于碳化、二次火山灰反应等原因,90天的pH值比28天的pH值降低1.5甚至2.0以上,90天的抗压强度比28天的抗压强度提高20%~30%。通过XRD、SEM、EDXA等测试手段,证明这种胶凝材料的主要水化产物为碳酸钙、氢氧化钙。粉煤灰多孔混凝土的孔分布均匀,孔以球形孔居多,气孔壁光滑,连通孔较多,孔直径一般在0.5毫米左右。用连续级配骨料配制成的无砂多孔混凝土多组试样的连续孔隙率大于30%,28天抗压强度大于10MPa,满足高孔隙率的要求。在固定灰骨比及水灰比的条摘要件下,随着骨料粒径的减小,抗压强度升高,孔隙率降低。用连续级配骨料和单一级配骨料制成的无砂多孔混凝土随着水灰比由0.26增加到0.35,28天抗压强度升高,孔隙率依次降低;在相同的水灰比的情况下,灰骨比减小,无砂多孔混凝土28天抗压强度降低,孔隙率依次升高。本研究中用粉煤灰陶粒配制的无砂混凝土的孔隙率在33%~42%之间,28天抗压强度为2.5一7.SMPa;用粘土陶粒配制的无砂混凝土的孔隙率在23%一36%之间,28天抗压强度为5.9~13MPa。粉煤灰陶粒的粒径以10一16rn们n为主,还有部分是5一10~;粘土陶粒的粒径绝大多数是10~16llull。X射线衍射图谱表明,粉煤灰陶粒主要有莫来石、石英以及玻璃体,粘土陶粒的主要成分为石英和莫来石。对于高孔隙率粉煤灰陶粒混凝土和粘土陶粒混凝土,随着水灰比增加,水泥用量的减小,孔隙率减小,抗压强度增大。在相同的水灰比条件下,无砂多孔粘土陶粒混凝土水泥用量在从220kg/m3增加到250kg/m3时,混凝土28天的抗压强度增加,在较大的水灰比条件下,28天的抗压强度和孔隙率增加显著。XRD图谱和SEM分析都表明,用与混凝土配比相同水灰比制成的水泥净浆主要水化产物为氢氧化钙、CSH凝胶、钙矾石和单硫型水化硫铝酸钙。在本试验的条件下,水泥净浆的Ca(OH):量一般随着水灰比的增大而增大;Ca(0H)2的量在28天之前是随着龄期的延长而增加的,达到一个极值后,逐步下降。而净浆的pH值和水化时间、水灰比的关系不明显,净浆的pH值在12~13之间。对高孔隙率骨料无砂混凝土、无砂多孔混凝土和低碱度粉煤灰多孔混凝土的交流阻抗谱研究表明:随着孔隙率的增加,多孔混凝土电解质溶液电阻值Rs也增大,它们的线性相关度较好。不同类型的多孔混凝土的Rs值差别较大,低碱度粉煤灰多孔混凝土的Rs值比高孔隙率骨料无砂混凝土、无砂多孔混凝土的Rs值小一个数量级。多孔混凝土与植物相容性的研究表明,不同的生长条件,不同的表层厚度以及不同的表层土壤,植物生长情况基本相同。在生长初期,表层较厚的土壤中发芽率较高,在营养土中的出芽率高于一般土壤。植物在混凝土上长势良好,它们的根己经穿过混凝土的连通孔隙,混凝土的孔隙里有动物蛆蚁和虫子,说明多孔混凝土能与大自然和谐相处。……   
[关键词]:高孔隙率;低碱度;胶凝材料;生态友好
[文献类型]:博士论文
[文献出处]:南京工业大学2003年