再生骨料特性对混凝土碳化性能的影响

摘要

随着自然资源的日渐枯竭，再生混凝土(RAC)的应用越来越广泛。再生骨料(RCA)因其性能指标劣于天然骨料(NA)，众多学者在改性RCA性能方面做了大量的研究。混凝土结构内部中碱性物质如氢氧化钙(CH)、水化硅酸钙(C-S-H)凝胶、钙矾石(AFt)的碳化反应是影响混凝土耐久性的重要原因之一。然而，改性RCA对RAC抗碳化性能的研究并不多见，亦未见RAC部分碳化区尺寸及微结构演变的相关研究。因此，本文将从两个方面开展研究。首先，研究改性RCA对RAC抗碳化性能的影响，得到不同强化方式对RAC抗碳化性能的提升顺序并揭示其强化机理。其次，研究不同RCA取代率对RAC部分碳化区尺寸及微结构演变的影响。主要研究内容如下:
　　首先，为了解决RAC取样的关键性问题，采用MIP法研究0.83W/B、0.63W/B、0.53W/B、0.35W/B砂浆掺氧化铁红组与空白组在孔结构方面的差异，采用TG-DSC法研究0.53W/B砂浆掺氧化铁红组与空白组碳化前后的固相组成方面的差异，综合采用SEM-EDS、NMR法研究0.53W/B砂浆掺氧化铁红组与空白组碳化过程中C-S-H的特征变化差异。MIP法研究结果表明:0.5％掺量的氧化铁红对砂浆总孔隙率没有影响。不论砂浆强度等级如何、是否掺氧化铁红，发生碳化反应时CO2的传输均以Knudsen扩散和过渡区扩散为主。从扩散形式上看，Knudsen扩散比例略有减少，过渡区扩散比例略有增加。TG-DSC法研究结果表明:掺0.5％氧化铁红0.53W/B砂浆的CH质量损失较不掺的增加了1.6％，CaCO3质量损失较不掺的减少了3.8％。SEM-EDS、NMR法研究结果表明:0.5％掺量的氧化铁红不影响碳化过程中C-S-H的C/S及平均链长的变化。综合TG-DSC、SEM-EDS、NMR法可知，0.5％掺量的氧化铁红会略微影响水泥的水化。
　　其次，采用直接碳化法（C法）、加钙碳化法（CC法）、乙酸浸渍法（A法）、防水剂浸泡法（W法）对原状再生骨料(O-RCA)进行了强化研究。研究结果表明:四种强化方式均能改善RCA的性能，但每种方案对RCA性能的提升效果不同。当以表观密度、堆积密度、吸水率、压碎指标为评价指标时，改性效果最好的是乙酸浸渍。
　　再次，研究了不同特性的RCA对RAC性能的影响。研究结果表明:对RAC坍落度提升的顺序是.:A法＞W法＞CC法＞C法，对RAC抗压强度提升的顺序是:A法＞CC法＞C法＞W法，对RAC抗碳化性能的提升顺序是:A法＞CC法＞C法＞W法。
　　最后，采用TG-DSC法研究了RCA20取代率对RAC30部分碳化区尺寸及微结构演变的影响。首先选取新砂浆试样，TG-DSC法定量表征RAC30碳化28d时不同碳化深度CH、CaCO3的含量，试验结果表明:RAC30中也存在部分碳化区，且部分碳化区的尺寸随RCA取代率的增大先增大，然后减小，最后又增大。然后选取R=100％，老砂浆试样，运用TG-DSC法定量表征RAC30碳化28d时不同碳化深度CH、CaCO3的含量，试验结果表明:当以老砂浆为样品进行热分析时，RAC30的部分碳化区尺寸变大，且试件完全被碳化，不存在未碳化区。当选取R=100％、碳化14d的新老砂浆试样进行热重分析时，试验结果表明:基于老砂浆表征的RAC30的完全碳化区尺寸和新砂浆相等，部分碳化区尺寸略大于新砂浆。运用MIP法研究了新老砂浆的孔结构演变规律，试验结果表明:老砂浆的总孔隙率大于新砂浆，老砂浆的Knudsen扩散孔和过渡区扩散孔的体积分数大于新砂浆，结合界面理论分析，CO2气体更易在老砂浆中扩散。

目录

声明

摘要

符号表

第一章 绪论

1．1 研究背景与意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 RCA的研究现状

1．2．2 混凝土的碳化

1．2．3 RAC碳化的研究现状

1．2．4 存在的问题

1．3 本文研究内容、思路及方案

1．3．1 研究内容

1．3．2 研究思路

1．3．3 研究方案

第二章 原材料、配合比和试验方法

2．1 试验原材料和配合比设计

2．1．1 水泥

2．1．2 粗骨料

2．1．3 细骨料

2．1．4 氧化铁红

2．1．5 减水剂

2．1．6 水

2．2 试件尺寸、配合比及养护制度

2．3 试样碳化及碳化深度测试

2．4 RCA性能测试方法

2．5 碳化反应过程微观结构演变规律的测试方法

2．5．3 场发射扫面电镜能谱仪(SEM-EDS)

2．5．4 核磁共振测试(NMR)

第三章 掺氧化铁红的可行性研究

3．1 氧化铁红掺量对砂浆抗压强度的影响分析

3．2 0．5％掺量下砂浆的碳化深度分析

3．3 压汞法分析碳化前后砂浆孔结构的变化

3．4 热分析法研究水泥砂浆碳化前后的物相组成

3．5 能谱试验(SEM-EDS)

3．6 核磁共振测试

3．6．1 核磁共振的基本原理

3．6．2 NMR结果与讨论

3．7 本章小结

第四章 RCA的改性方法研究

4．1 RCA的制备

4．2 强化方式

4．2．1 直接碳化(C法)

4．2．2 加钙碳化(CC法)

4．2．3 乙酸浸渍(A法)

4．3．1 原状RCA性能(O-RCA)

4．3．2 改性RCA的性能测试

4．4 强化机理研究

4．4．1 直接碳化的强化机理

4．4．2 加钙碳化的强化机理

4．4．3 乙酸浸渍的强化机理

4．4．4 防水剂浸泡的强化机理

4．5 本章小结

第五章 改性RCA对RAC力学性能和抗碳化性能的影响

5．1 配合比

5．2 试验结果分析

5．2．1 骨料特性对RAC坍落度的影响分析

5．2．2 骨料特性对RAC抗压强度的影响分析

5．2．3 骨料特性对RAC碳化深度的影响分析

5．3 RAC28d碳化深度与抗压强度之间的关系的线性拟合分析

5．4 RAC碳化模型参数模拟结果分析

5．5 本章小结

第六章 RAC的部分碳化区尺寸及微结构演变的研究

6．1 配合比和取样方法

6．1．1 配合比

6．1．2 取样方法

6．2 试验结果分析

6．2．1 新砂浆表征部分碳化区的结果分析

6．2．2 老砂浆表征部分碳化区的结果分析

6．2．3 新老砂浆表征部分碳化区结果的差异性分析

6．3 取代率对RAC部分碳化区尺寸影响的理论分析

6．4 本章小结

第七章 结论与展望

7．1 结论

7．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间科研成果

致谢