碱激发矿渣砂浆碱硅反应与碳化反应的研究

摘要

碱激发水泥是一种新型的建筑材料，其优异的特点被越来越多的人熟知。目前关于碱激发胶凝材料耐久性的研究已成为热点，但其中有两方面存在较大的争议:一是碱激发水泥基试件中是否会发生碱硅反应破坏;二是碱激发胶凝材料是否较容易碳化。此二者是妨碍碱激发胶凝材料被推广的重要影响因素。
　　碱激发水泥中的胶凝材料一般采用矿渣、粉煤灰和偏高龄土等，若想得到较好的激发效果，必须掺入大量的碱。水泥基材料中高碱浓度是造成碱硅反应破坏的重要评判依据，因此高碱掺量的碱激发水泥受到较大的质疑。本文从不同碱掺量和水玻璃模数两个方面系统地研究碱激发矿渣砂浆碱硅反应，首先使用快速砂浆棒法对试件中由碱硅反应造成的膨胀率进行测量，随后通过对砂浆棒萃取液碱度、质量增长率、孔隙率与孔径分布和抗压强度进行研究，并且使用扫描电镜和能谱进行微观分析，全面探究碱激发矿渣砂浆棒在碱溶液养护下膨胀的机理。最后运用同样的方法研究了粉煤灰和偏高岭土掺量对水玻璃激发矿渣砂浆中碱硅反应的改善机制。
　　已有研究表明碱激发胶凝材料比硅酸盐水泥基材料更易碳化，但也有学者指出，碱激发胶凝材料受二氧化碳浓度影响较大，在实验室高浓度的二氧化碳养护条件下，碱激发胶凝材料中发生的碳化过程与在自然条件养护下有很大的差异。本实验同样从不同碱掺量和水玻璃模数两个角度研究碱激发矿渣砂浆在低二氧化碳浓度养护条件下的碳化反应特点，为后续研究自然条件下碱激发胶凝材料碳化反应提供参考依据。实验中主要测试了砂浆试件的碳化速率、碳化前后孔隙率与平均孔径变化值、抗压强度变化值，并运用红外和热重分析碳化前后砂浆中物质的化学组成变化和物质的量变化。
　　通过上述研究，结果表明:
　　参照ASTM1260标准，采用湘江细砂为实验骨料时，在一定的碱掺量和模数条件下，水玻璃激发矿渣水泥具有发生碱硅反应膨胀破坏的潜在可能。碱掺量高的试件组体系碱度相对较大，但砂浆棒膨胀值不一定大。碱掺量对碱激发矿渣砂浆中碱硅反应的影响较为复杂，还需进一步研究。因而高碱掺量不一定能导致碱激发矿渣水泥砂浆发生碱硅反应破坏。同种碱掺量条件下，随模数的增加，水玻璃激发矿渣砂浆棒膨胀量先增加后减之，即出现最不利水玻璃模数值。
　　对于水玻璃激发矿渣砂浆材料，粉煤灰与偏高龄土的掺入能有效的抑制碱硅反应的发生，且偏高岭土的抑制效果优于粉煤灰。水玻璃激发矿渣-粉煤灰和水玻璃激发矿渣-偏高岭土砂浆棒在碱溶液中质量增长率变化规律与砂浆棒膨胀率变化规德相符合，砂浆棒质量增长率在一定程度上能反映砂浆棒中发生碱硅反应的量。水玻璃激发矿渣中掺入粉煤灰能有效的降低水化后体系碱度，而且降低幅度与粉煤灰掺量有关，30％掺量降低效果最佳，而偏高岭土的加入能显著降低水玻璃激发矿渣砂浆棒体系碱度，且掺量越大，体系碱度越小。
　　在相同碳化条件下，碱激发矿渣砂浆试件比硅酸盐水泥砂浆较易碳化，且碱激发矿渣砂浆试件随碳化龄期增加碳化速率逐渐变快，硅酸盐水泥砂浆则反之。同水玻璃模数下，水玻璃激发矿渣砂浆试件碳化速度随碱掺量增大而减小，氢氧化钠激发矿渣试件碳化速率也符合上述规律。在同碱掺量条件下，水玻璃激发矿渣砂浆试件碳化速率随模数的增加而变小。水玻璃激发矿渣砂浆试件碳化后，基体孔隙率与平均孔径变大，抗压强度降低，氢氧化钠激发矿渣砂浆试件与硅酸盐水泥试件碳化后，基体变密实，抗压强度增大。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 引言

1．2 碱激发胶凝材料中碱硅反应的研究综述

1．2．1 碱激发矿渣的碱硅反应

1．2．2 碱激发粉煤灰的碱硅反应

1．2．3 碱激发矿渣-粉煤灰的碱硅反应

1．2．4 其它碱激发胶凝材料体系的碱硅反应

1．2．5 实验方法的适用性

1．3 碱激发胶凝材料碳化反应的研究综述

1．3．1 碱激发胶凝材料碳化反应与硅酸盐水泥材料碳化反应的比较

1．3．2 碱激发胶凝材料碳化反应的影响因素

1．3．3 碱激发胶凝材料碳化反应研究方法的总结

1．4 研究目的和意义

1．5 论文的内容

第2章 原材料及实验方法

2．1 主要原材料

2．1．1 胶凝材料

2．1．2 骨料

2．1．3 化学药品

2．2 样品制备

2．2．1 碱硅反应实验

2．2．2 碳化实验

2．3 实验方法

2．3．1 碱硅反应研究方法

2．3．2 碳化反应实验方法

第3章 氢氧化钠碱激发矿渣砂浆中碱硅反应的研究

3．1 前言

3．2 实验结果及讨论

3．2．1 实验骨料碱活性的鉴定

3．2．2 砂浆棒膨胀

3．2．3 砂浆棒质量增长率与膨胀率关系

3．2．4 孔溶液碱度与膨胀的关系

3．2．5 孔溶液离子浓度对膨胀的影响

3．2．6 产物的形貌和能谱分析

3．3 结论

第4章 水玻璃碱激发矿渣砂浆中碱硅反应的研究

4．1 前言

4．2 实验结果与讨论

4．2．1 碱激发矿渣砂浆棒的膨胀率

4．2．2 碱掺量对碱激发矿渣砂浆棒膨胀值的影晌

4．2．3 水玻璃模数对碱激发矿渣砂浆棒膨胀值的影响

4．2．4 砂浆棒质量增长率与膨胀率关系

4．2．5 砂浆棒萃取液碱度的研究

4．2．6 抗压强度

4．2．7 砂浆棒孔结构的研究

4．2．8 扫描电镜与能谱分析

4．3 本章小结

第5章 粉煤灰与偏高岭土掺量对水玻璃激发矿渣砂浆中碱硅反应的影响

5．1 前言

5．2 实验结果及讨论

5．2．1 粉煤灰掺量对碱激发矿渣砂浆棒膨胀值的影响

5．2．2 偏高岭土掺量对碱激发矿渣砂浆棒膨胀值影响

5．2．3 砂浆棒质量增长率与膨胀率关系

5．2．4 砂浆棒萃取液碱度的研究

5．2．5 扫描电镜与能谱分析

5．3 本章小结

第6章 碱激发矿渣砂浆碳化反应的研究

6．1 前言

6．2 实验结果及讨论

6．2．1 碱激发矿渣砂浆碳化反应速率

6．2．2 碱掺量对碳化速率的影晌

6．2．3 水玻璃模数对碳化速度的影响

6．2．4 强度变化

6．2．5 孔结构分析

6．2．6 热重分析

6．2．7 红外分析

6．3 本章小结

结论与建议

参考文献

致谢

附录A 攻读学位期间发表的学术论文