凝灰岩粉作为水工混凝土掺和料的可行性研究

摘要

随着中国水利水电工程建设向边远地区发展，粉煤灰、矿渣等优质掺合料缺乏，开发当地具有火山灰活性的矿物掺和料，成为水工混凝土矿物掺和料发展的必然趋势，凝灰岩作为一种火山灰质材料在我国分布广泛，且具有较高的活性物质含量，研究凝灰岩的特性及对混凝土性能的影响对凝灰岩的广泛使用具有重要实用价值。
　　本文取用西藏桑日附近的凝灰岩进行行破碎、粉磨，研究结果显示，凝灰岩的粉磨符合粉磨动力学方程、RRB方程和分形理论;对粉磨后的凝灰岩物理化学特性进行分析，并研究其火山灰活性，认为桑日凝灰岩具有一定的火山灰活性，凝灰岩掺量为30％时，活性指数大于60％。胶砂强度随凝灰岩掺量的增加线性下降，随细度增加略有提高，凝灰岩后期活性增长幅度较小。采用XRD、TG-DTA、SEM+EDX、MIP等手段对水泥—凝灰岩/粉煤灰胶凝体系微观结构进行研究分析，发现桑日凝灰岩的火山灰活性要低于Ⅰ级粉煤灰火山灰活性，且凝灰岩火山灰作用主要在早龄期，后期活性增长幅度较小;凝灰岩颗粒也能起到一定的填充效应及微集料效应，且掺入凝灰岩和粉煤灰都可以优化混凝土孔结构，但凝灰岩粉细化孔结构水平要略差于粉煤灰。将凝灰岩作为掺合料应用于混凝土中，对比掺凝灰岩的混凝土性能与传统粉煤灰混凝土性能差异，结果表明将桑日凝灰岩作为掺合料应用于混凝土中，掺凝灰岩的混凝土性能与掺粉煤灰混凝土拌合物性能相近，强度发展规律类似，抗渗、抗冻指标满足水电工程要求，可以替代部分粉煤灰用于水工混凝土中。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 研究背景

1．2 凝灰岩的火山灰活性

1．3 国内外对凝灰岩的研究现状

1．4 当前研究当中存在的问题

1．5 研究目的与意义

1．6 研究思路及内容

2 试验用原材料性能

2．1 水泥

2．2 粉煤灰

2．3 骨料

2．3．1 细骨料

2．3．2 粗骨料

2．5 小结

3 凝灰岩粉磨特性

3．1 试验设计与结果

3．2 机械力化学与粉磨动力学介绍

3．3 凝灰岩粉磨动力学方程模拟

3．4 凝灰岩粉等效粒径随时间变化规律

3．5 RRB分布模型和分形维数

3．6 凝灰岩粉粒径分布特征

3．7 凝灰岩粉粒径分布分形维数及比表面积

3．8 小结

4 凝灰岩粉物理化学特性

4．1 凝灰岩的化学成分和物理指标

4．2 凝灰岩的化学活性

4．3 凝灰岩胶砂强度研究

4．3．1 配合比设计

4．3．2 掺量对强度的影响

4．3．3 细度对强度的影响

4．3．4 抗压强度／抗折强度比和折压比

4．4 凝灰岩成分波动对胶砂强度的影响

4．4．1 化学成分和物理指标

4．4．2 胶砂强度

4．5 小结

5 凝灰岩混凝土的微观结构研究

5．1 配合比

5．2 X-射线衍射分析(XRD)

5．2．1 原材料

5．2．2 凝灰岩掺量的影响

5．2．3 粉煤灰掺量的影响

5．2．4 掺合料品种的影响

5．2．5 龄期的影响

5．2．6 X-射线衍射结果分析

5．3．1 各试样TG-DTA曲线

5．3．2 TG-DTA结果分析

5．4 扫描电镜+能谱分析(SEM+EDX)

5．4．1 原材料

5．4．2 水泥体系

5．4．3 水泥+30％粉煤灰体系

5．4．4 水泥+60％粉煤灰体系

5．4．5 水泥+30％凝灰岩体系

5．4．6 水泥+60％凝灰岩体系

5．4．7 水泥+30％凝灰岩+30％粉煤灰体系

5．4．8 扫描电镜和能谱结果对比分析

5．5 孔结构分析

5．5．1 各试样压汞测试结果

5．5．2 总孔隙率分析

5．5．3 孔径分布分析

5．5．4 特征孔径分析

5．6 小结

6 凝灰岩对混凝土性能的影响研究

6．1 混凝土试验思路

6．2 试验配合比及拌合物性能

6．3 凝灰岩对混凝土强度的影响及研究

6．4 抗渗及抗冻试验结果及分析

6．5 微观特性对混凝土性能的影响研究

6．5．1 对混凝土强度的影响研究

6．5．2 对混凝土抗渗、抗冻的影响研究

6．6 小结

7 结论与展望

7．1 结论

7．2 进一步研究的展望

参考文献

作者简历