偏高岭土基复合掺和料的对混凝土耐久性的影响研究

摘要

提高混凝土耐久性、延长服役时间对节约使用资源和能源、减少废弃混凝土对环境的破坏有十分重大的意义。以新手段处理偏高岭土,设计配伍规律合理的复合掺和料是增强混凝土耐久性能的有效途径,复合掺和料改善耐久性作用机理的研究对今后开发同类型的其他掺和料有重要意义。
　　 本文针对CaO-SiO2-Al2O3三元体系,从材料的活性成分比例以及复合掺和料的外观形态的角度对复合掺和料进行设计,制备了由偏高岭土(MK)、粉煤灰(FA)和石粉(S)组成的偏高岭土基复合掺和料[C1(MK5％+FA2%)、C2(MK7%+FA2%+S2%)和C3(MK9%+FA2%+S2%)]。着重分析了其对混凝土工作性能、力学性能、抗氯离子渗透性能、抗裂性能(膨胀率)、抗冻融循环和抗碳化性能等耐久性能的改善。通过分析混凝土中胶凝材料的水化历程、水化产物中自由水和化学结合水含量、混凝土的孔结构、水化产物的组成、硬化浆体的微观结构等方面的变化,解释复合掺和料对混凝土水化硬化性能影响的机理。试验研究表明:
　　 (1)使用7～13%偏高岭土基复合掺和料会降低混凝土的坍落度,但降低幅度在10mm以内;有机材料A在剪切作用下对偏高岭土进行改性表面处理,增强了偏高岭土的分散性,提高了偏高岭土的zeta电位,增大偏高岭土的接触角,减小其对浆体流动性的影响;偏高岭土与粉煤灰和石粉复合,能减小颗粒在浆体中的移动阻力,复合掺和料中的石粉和粉煤灰本身具有一定的减水作用。
　　 (2)偏高岭土基复合掺和料能使提高混凝土3d,7d,28d抗压强度,试样抗压强度总体上随着偏高岭土掺量增加而增长,28d抗压强度增长在10%以上(11～16%),分析表明,偏高岭土和粉煤灰中活性成分的火山灰反应生成了更多的CSH、CAH和钙钒石等机械强度相,减少了CH等片状晶体的含量,同时复合掺和料密实了界面过渡区,使硬化水泥浆体和集料之间的结合更加紧密。
　　 (3)复合掺和料能显著提高混凝土的抗氯离子渗透能力,使混凝土28d电通量下降60%以上,56d氯离子扩散系数下降50%以上,随着偏高岭土的掺量增加电通量和氯离子扩散系数降低。
　　 (4)复合掺和料减少了砂浆试样各龄期的干燥收缩量,其中56d的收缩率较基准样降低了52.72%;使混凝土试样成型至200h收缩率降低了13～23%;使混凝土试样的1d-90d收缩率降低了21～32%;并且收缩率随着石粉含量增加和偏高岭土含量增加而降低。其机理在于,偏高岭土的类层状结构在浆体拌和时通过表面和层间吸水,当混凝土内湿度下降到一定的值时这部分水会被释放出来参加水化反应,能减少混凝土由于掺和料的火山灰反应产生的额外自收缩。水化产物中包括水化钙铝黄长石(C2ASH8)等微膨胀水化产物,也是降低收缩的一个重要原因。
　　 (5)偏高岭土基复合掺和料可以在一定程度上减少碳化深度,与基准样相比碳化深度分别减少了8.9～12.5%。复合掺和料对水泥浆体产生的密实化效应是增强抗碳化性能的重要原因;复合掺和料能使混凝土抗冻融循环次数增加25～50次,偏高岭土基复合掺和料能提高混凝土各龄期强度。另外复合掺和料的掺入能优化混凝土的孔结构,降低混凝土中孔的连通性,有助于切断毛细管的通路,缓解混凝土由于结冰产生的压力。