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偏高岭土—矿渣体系轻骨料混凝土的制备与性能研究

时之光  
【摘要】:高强高性能混凝土是目前工程中被广泛应用的材料。为了减轻普通混凝土的重量并希望将其运用于一些特定的环境中,人们制备出了高强高性能轻骨料混凝土。这种轻骨料混凝土因具有轻质、高强、高耐久、耐火等特点,而被大量应用于高层建筑和桥梁工程。为了弥补高性能轻骨料混凝土收缩较大的缺陷,国内外许多研究者们采用掺火山灰材料等技术措施改善轻骨料混凝土,以改善轻骨料混凝土的体积稳定性。偏高岭土是一种高活性的火山灰材料,对混凝土性能的改善效果与硅灰相近,远远高于粉煤灰和矿渣。偏高岭土还能大幅减少混凝土的收缩,且价格比硅灰低。故使用偏高岭土替代硅灰制备高性能轻骨料混凝土具有较高的理论意义和实用价值。另一方面,沿海地区混凝土工程和海上混凝土工程中使用的水是自来水或者淡化后的海水。水的运输和处理增加了工程成本。海水中富含多种盐,部分盐能促进水化,部分盐离子会导致混凝土结构的破坏,其中,海水中的氯离子是造成钢筋锈蚀和结构破坏的主要介质。研究表明,偏高岭土具有很强氯离子能力固化能力,那么,在海水拌合制备的混凝土中,掺入适量偏高岭土能否弥补海水带来的不良影响,同时又保留海水对混凝土的好的影响?此问题值得我们研究。鉴于此,本文使用了偏高岭土和矿渣制备了淡水和海水两种体系的轻骨料混凝土。矿渣的使用能降低混凝土的成本,并能改善混凝土的堆积结构,使混凝土结构更加紧密。在保证混凝土工作性能的前提下,本文通过XRD、SEM、DSC-TG、MIP等先进的测试方法研究了不同掺量的偏高岭土和矿渣对轻骨料混凝土宏观及微观性能的影响,研究了海水和偏高岭土、矿渣对轻骨料混凝土性能的复合影响,分析了使用海水和偏高岭土、矿粉制备轻骨料混凝土的可行性。本文的主要成果如下:1、本文结合力学性能与微观结构,证明了单独掺入偏高岭土和矿渣均可以提高轻骨料混凝土的性能,而单独掺入偏高岭土效果更佳。复合掺入偏高岭土和矿渣能进一步提升混凝土的力学性能。复合掺入偏高岭土和矿渣时,最佳掺量为10%偏高岭土和10%矿渣。实验证明,偏高岭土和矿渣有效改善了轻骨料混凝土过渡界面区的结构,增强了界面过渡区骨料和水泥浆体间的结合,提高了界面的强度,并改善了水泥浆体的组成与结构,从而提高轻骨料混凝土的宏观力学性能。2、相比淡水体系轻骨料混凝土,海水体系轻骨料混凝土微观结构更密实,过渡界面区强度更高,混凝土抗压强度更高。实验证明了海水的使用能提高轻骨料混凝土的力学性能。且海水不影响矿物掺合料对混凝土性能的改善作用。3、测试结果证明,海水引入了大量氯离子,部分氯离子与水化产物反应生成弗里德尔盐。偏高岭土和矿渣的掺入能提高弗里德尔盐的生成量,生成量随着偏高岭土和矿渣掺量的增加而增加。海水还会促进水泥水化,生成更多水化产物。而偏高岭土和矿渣能通过大量消耗水化产物Ca(OH)2促进水泥的水化。4、未掺入矿物的轻骨料混凝土的抗氯离子侵蚀能力较低。掺入偏高岭土和矿渣均能增强轻骨料混凝土的抗氯离子侵蚀性能,复合掺入偏高岭土和矿渣效果最佳。而海水的引入会降低混凝土抗氯离子渗透性能,降低混凝土耐久性。掺入偏高岭土和矿渣后能明显改善海水体系轻骨料混凝土抗氯离子渗透性能,能弥补海水引入的离子所带来的不良影响。5、未掺入矿物的轻骨料混凝土的体积收缩变形量较大。掺入偏高岭土和矿渣均能减少轻骨料混凝土的体积收缩。单独掺入偏高岭土效果比单独掺入矿渣效果好,在一定掺量条件下,随着偏高岭土掺量的增加,轻骨料混凝土的体积变形量越小。复合掺入偏高岭土和矿渣能在单独掺入某一矿物的改善效果上进一步减少轻骨料混凝土的体积收缩。但当偏高岭土掺量达10%后,再掺入矿渣时对轻骨料混凝土的体积变形影响很小。


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