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硫铝酸盐水泥基高性能混凝土的结构—性能及工程应用研究

张德成  
【摘要】: 随着混凝土科学技术的发展和进步,混凝土建筑物的使用范围越来越广,在许多环境恶劣的地方需要建筑混凝土工程,就必须要求所使用的混凝土具有优异的耐久性能,以确保建筑物的工作年限。根据目前普通硅酸盐水泥基混凝土的发展和应用情况,结合许多特殊位置建筑物的性能劣化原因,提出了在工作环境严酷的地方用硫铝酸盐水泥基高性能混凝土(HPC)代替普通硅酸盐水泥基混凝土的发展思路。 本文旨在利用硫铝酸盐水泥(SAC)的快硬、早强、高强以及抗硫酸盐侵蚀性能好等性能优势,借鉴普通硅酸盐水泥基HPC的应用技术,将硫铝酸盐水泥基混凝土生产技术高性能化。 本文根据SAC的性能特点,首先对其性能优化研究,以克服存在的性能缺陷。研究了能有效控制SAC快凝的缓凝剂H;能提高SAC的抗压强度,又能和SAC相容的高效减水剂AS;根据超细矿渣和粉煤灰的性能特点,利用性能优势互补原理进行了复合,通过复合掺和料代替20%的SAC,以改善SAC水化放热速度太快的问题;利用增粘剂改善高效减水剂引起的离析、板结和泌水问题。 研究了水灰比、复合掺和料、引气剂等因素对硫铝酸盐水泥基HPC力学性能的影响,并与普通硅酸盐水泥基HPC进行了性能对比,以证实硫铝酸盐水泥基HPC具有较高的早期强度和稳定增长的后期强度。 研究了硫铝酸盐水泥基HPC的耐久性能。验证了掺加掺和料的SAC在不同水灰比条件下的抗硫酸盐侵蚀性能:研究了水灰比、复合掺和料、引气剂对硫铝酸盐水泥基HPC抗渗性能、抗冻性能和抗碳化性能的影响;同时与普通硅酸盐水泥基HPC进行了相同条件的性能比较;建立了硫铝酸盐水泥基HPC的碳化速度和保护层的寿命关系预测模型。 利用SEM观察了硫铝酸盐水泥基HPC的结构形貌和水泥水化产物的结构特征,比较了水灰比和复合掺和料、引气剂对硫铝酸盐水泥基HPC结构及界面的影响,分析了碳化前后硫铝酸盐水泥水化产物的结构特征变化情况,根据能谱结果证明了碳化能引起AFt分解。利用XRD分析了硫铝酸盐水泥的水化产物以及碳化后水化产物的变化情况,证明AFt的特征峰在碳化后消失。利用MIP测定了硫铝酸盐水泥基HPC在加入掺和料和引气剂后的孔隙率和孔结构分布变化情况,分析了引气剂提高混凝土抗冻性能的机理。 研究了烟台—威海高速公路金山港大桥的病害原理及修补方案,制定了含钡硫铝酸盐水泥水下不分散混凝土和HPC的应用方案,成功将受到海水侵蚀损坏的大桥修补。 以上研究结果表明:利用高效减水剂AS和缓凝剂H可以有效控制硫铝酸盐水泥的水灰比和凝结时间;水灰比降低,硫铝酸盐水泥基HPC的强度明显提高,控制水灰比0.38以下就具有很好的力学性能;掺加20%掺和料的硫铝酸盐水泥有很好的抗硫酸盐和镁盐侵蚀的能力,加入掺和料可以提高混凝土的抗碳化性能,抗冻性能和抗渗性能下降:引气剂可以大幅提高混凝土的抗冻性能,降低抗渗性能和抗碳化性能。 根据以上研究结果,可以科学配制性能不同的硫铝酸盐水泥基HPC,保证不同性能需求的工程安全。 总之,以科学的理论和先进的技术为基础,结合材料的性能特点和优势,从混凝土材料性能劣化的原因着手,通过优化内因的作用改善材料的结构和性能,抵御外因的侵蚀和破坏,科学合理地应用硫铝酸盐水泥基HPC,以期为解决目前的全球性混凝土耐久性危机做出贡献。


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