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《大连理工大学》 2011年
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碱性活化水混凝土工艺及性能研究

孙炳全  
【摘要】:混凝土是工程中用量最多的建筑材料,其性能对国民经济建设具有重要意义。混凝土中水(第二组分)的含量及性能对混凝土性能具有决定性的影响。广义上讲,水是水泥激发剂,因此水的活性至关重要。目前对混凝土拌合水的活化方法主要将水磁化,得到磁性活化水。与磁性活化水类似,通过隔膜电解的方式可得到一种具有碱性的高活性水,我们称之为碱性活化水,它具有高活性、高pH值、低表面张力、具有还原性及活性保持时间长等特点,将有利于改善混凝土性能、方便混凝土施工需要。本文采用小型隔膜式电解装置生成碱性活化水,首次研究了碱性活化水混凝土工艺及性能。 为了明确电解条件对碱性活化水理化性能的影响规律,对不同电场强度及流速下的碱性活化水的pH值、表面张力进行了测试。结果表明,电场强度为280-320V/m、流速60-80ml/s时,制取的碱性活化水的pH值和表面张力都能达到最佳值。进而对碱性活化水的活性保持时间进行了测试,试验选择在电场强度为320V/m、流速80m1/s条件下制取的碱性活化水为样本。结果表明,在闭口水瓶中存放3个月变化不大,在开口水瓶中可保持15天以上,在敞口容器中可保持6天以上。较长的活性保持时间为混凝土施工提供了方便,尤其是商品混凝土。 研究了不同活性碱性活化水对水泥浆、砂浆性能的影响。结果表明,碱性活化水使水泥标准稠度用水量有所下降、水泥初凝时间和终凝时间都略有减少,碱性活化水砂浆的和易性有明显改善,砂浆抗压强度在各龄期均有提高,在pH值为9.0~9.5时出现最大值(7天抗压强度提高50%,28天提高40%以上),掺30%粉煤灰砂浆抗压强度在各龄期均有提高,也是在pH值为9.0~9.5时出现最大值(7天抗压强度提高30%,28天提高35%以上),因此可确定改善砂浆性能的pH值为9.0~9.5。 进而研究了对混凝土(以C40为对象)的和易性、抗压强度、孔结构等主要性能影响程度。结果显示,碱性活化水混凝土和易性得到改善,用碱性活化水拌和混凝土在各龄期抗压强度均有提高,在28d时,用P·032.5R水泥拌制混凝土抗压强度提高21%,用P-042.5R水泥拌制混凝土抗压强度提高15%;碱性活化水混凝土总孔隙率下降20%,各龄期的孔级配明显改善。为节约水泥,研究了最佳碱性活化水对掺30%粉煤灰混凝土性能的影响。结论是,和易性明显改善,在各龄期抗压强度均有较大提高,28d时提高近20%。说明碱性活化水对掺粉煤灰混凝土工程具有重要意义。 结合碱性活化水特性及水泥浆硬化理论,参考普通混凝土试样在300、1000、3000倍的放大倍数下拍摄的SEM图和300倍放大倍数下拍摄的背散射电子图像分析结果,较深入探讨了碱性活化水改善砂浆、混凝土性能机理,为碱性活化水混凝土推广使用提供了理论依据。 针对碱性活化水具有高活性、高pH值的突出特点,研究了碱性活化水对混凝土(以C40为对象)碳化性能的影响。结果表明,碳化性能有较大改善,28天快速碳化试验碳化深度下降16%。为更好研究混凝土碳化性能变化规律,考虑混凝土碳化深度测量值少、不确定性大的特点,利用灰色系统理论,研究了建立混凝土碳化深度灰色预测模型的基本方法。为实现混凝土快速碳化试验的非破坏测试,研制了新的混凝土试件模具,使制得试件具有球形凹面,保证了试件检测表面的光滑连续性,提出了混凝土碳化非破坏测试方法,使混凝土碳化深度测试值具有同一性、连续性、高精度、多样本的优点。 初步研究了用碱性活化水拌和自密实混凝土的工作性及抗压强度。结果显示,与普通自来水相比,碱性活化水拌和自密实混凝土的工作性有明显提高,养护28天的抗压强度提高约15%。说明了碱性活化水有利于自密实混凝土等高性能混凝土的配制。 以确保淡化海砂混凝土性能、节约淡水为目标,提出了一种制作淡化海砂混凝土新工艺。依据电渗析原理与工艺,研制小型双隔膜电解装置(即小型电渗析装置)和隔膜电解装置,用多级双隔膜电渗析与隔膜电解相配合的方法淡化海水,获得含盐量合格的碱性淡化海水,进而采用堆砂冲洗法,用充足的淡化海水冲洗海砂,再用淡化海砂及碱性活化水拌制混凝土。结果表明:简易海水淡化装置操作、移动方便,海水淡化效果符合冲洗海砂的要求;堆砂冲洗法淡化海砂简单易行,冲洗效果好;通过基准混凝土对比试验知,用淡化海砂及碱性活化水拌制混凝土,其力学性能及护筋性都有提高。碱性活化水及冲洗后的海砂都含有一定的OH-离子,减小了海砂混凝土液相中C1-/OH-的比值,能更好抑制C1-离子侵蚀及混凝土碳化,利于提高海砂混凝土耐久性能。
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