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《武汉理工大学》 2009年
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超细石灰石水泥基材料水化与TSA侵蚀规律研究

尹耿  
【摘要】: 许多工程以达到节能利废,同时为产生良好的生态效益、经济效益,在水泥混凝土中加入石灰石粉,根据其特殊因素CO_3~(2-),为了能在水泥混凝土中更加科学、合理的应用石灰石粉,本文开展了超细石灰石粉水泥基材料的水化研究;同时,水泥混凝土在低温、高湿、硫酸盐和碳酸盐共同存在的环境中,其产物会生成除钙矾石和石膏以外近年来新发现的一种新的物相碳硫硅酸钙而导致破坏,与传统硫酸盐侵蚀不同的是这种硫酸盐侵蚀破坏会直接导致水泥石中CSH凝胶体的分解,使混凝土变为一种泥砂混合物,破坏性更强。这种特殊的硫酸盐侵蚀被定义为碳硫硅酸钙型硫酸盐侵蚀(thaumasite form of sulfate attack,简称TSA)。由于碳硫硅酸钙和钙矾石结构、形貌上的相似,长期以来,报道的工程实例通常都归结为钙钒石、石膏型硫酸盐侵蚀破坏。2002年6月,首届“碳硫硅酸钙和TSA破坏”国际会议在英国的召开标志着水泥基材料TSA破坏作为硫酸盐侵蚀的一种特殊类型受到水泥混凝土界的关注。本文在国家自然科学基金项目(50378075)和国家“863”计划项目(2005AA332010)的资助下,开展了超细石灰石粉对水泥基材料的抗硫酸盐侵蚀研究。 主要工作和成果如下: 1、研究了超细石灰石粉水泥基胶凝材料需水量、力学性能,从电阻率和X射线衍射试验分析了超细石灰石粉水泥浆体水化初期结构形成机理。石灰石粉掺量35%时,与未掺加石灰石粉基准试样相比,需水量随石灰石粉细度的增加呈先降低后增加的峰谷式变化;超细石灰石粉掺量对水泥基胶凝材料力学性能影响表现为早期强度在低掺量下增加,掺量增加,强度降低;超细石灰石粉能够改善水泥基材料柔韧性,不同细度石灰石粉在掺量5%、15%、35%时28d压折比均小于未掺加石灰石粉的基准试样;超细石灰石粉掺入胶凝材料中在水化进行600min前能够促进水泥水化,电阻率高于未掺加石灰石粉基准试样,而后,其电阻率的增长远小于未掺加石灰石粉基准试样;超细石灰石粉的掺入能和水泥基材料中的铝相反应生成比硫铝酸盐更加稳定的碳铝酸盐。 2、通过XRD、TG-DSC和量热微观测试分析得出,超细石灰石水泥胶凝材 料体系的水化产物与水化速度随着石灰石粉掺量的增加,单碳铝酸钙形成提前;石灰石粉的加入延迟了钙矾石的生成,对钙矾石起到了稳定作用;石灰石粉改变了水泥水化历程,与纯水泥水化放热相比,10%石灰石粉的掺入致使第一放热峰明显增高、前移,诱导期缩短,提前大约40分钟进入加速期;石灰石粉使单位质量的水泥24h放热量增加了8.5% 3、掺35%超细石灰石填料的砂浆经受低温硫酸盐侵蚀7个月就生成了明显的碳硫硅酸钙腐蚀产物;在5±1℃的2%MgSO_4溶液中浸泡1年后,纯水泥砂浆的破坏形式为表面开裂、脱落,主要腐蚀产物为钙矾石和石膏晶体;掺35%石灰石粉砂浆则主要表现为先膨胀开裂,之后表面软化、浆化的破坏过程,最终腐蚀产物以碳硫硅酸钙和石膏晶体为主,为典型的TSA侵蚀破坏。 4、粉煤灰、矿粉的掺加能有效延缓或者抑制水泥基材料和外来侵蚀介质的反应。随着掺量的增高,侵蚀环境中试件的外观完整性保持的越好,强度损失率降低,并且腐蚀物相总量随着粉煤灰、矿粉掺量的增加而降低,腐蚀物相是石膏、钙钒石和碳硫硅酸钙三元复合体系过渡到石膏和钙钒石二元复合体系。
【学位授予单位】:武汉理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2009
【分类号】:TU528

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