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我国经济的飞速发展带来了基础建设规模的迅猛壮大,使得水泥混凝土的需求量急剧增大。数量扩张型的水泥工业发展模式将使我国能源、资源和环境不堪重负。研发高性能水泥,增加工业废弃物作为矿物掺合料在水泥工业中的利用量,以质量提高替代数量增长,是我国建材工业实现又快又好可持续发展目标的必由之路。矿物掺合料的掺入,使水泥基材料体系成分愈加复杂,对水泥混凝土的化学组成、结构及其稳定性、耐久性产生深远的影响。世界各国对混合材抑制碱硅酸反应(ASR)进行了大量的研究,积累了大量的实验数据和经验,一致认为混合材对ASR有很好的抑制作用,但因混合材品质和实验方法不甚相同,对混合材抑制ASR的机理尚不十分清楚,指导工程实践的关键问题尚未解决,如混合材对ASR是延缓还是彻底抑制、如何抑制、怎样评价等,仍需要进行全面的系统研究。
研究高性能水泥抑制混凝土ASR效果评价是本论文的主题。通过对比研究30%掺量的粉煤灰在不同碱含量的高胶凝性水泥和普通商用水泥砂浆试体中,对不同活性集料的ASR抑制效果,做出机理评价;同时还对比研究不同掺量的煤矸石在不同碱含量的高胶凝性水泥和普通商用水泥砂浆试体中,对不同活性集料的ASR抑制效果,并与粉煤灰的抑制效果进行比较分析。研究工作取得了如下进展:
研究了掺入了30%粉煤灰的高胶凝性水泥和普通商用水泥砂浆试体的ASR抑制效果。结果表明,在相同粉煤灰掺量时,普通商用水泥砂浆试体的膨胀率大于高胶凝性水泥砂浆试体,且膨胀龄期也提前。改变水泥碱含量,粉煤灰对ASR的抑制效果发生了一定的变化,从膨胀率降低角度考察,粉煤灰抑制ASR效果在水泥碱含量高时更为明显。可见,水泥本身的碱含量和胶凝性能(C3S含量)是砂浆试体发生ASR的重要因素。
分别掺入0、20%、30%煤矸石,对比研究了其在高胶凝性水泥和普通商用水泥砂浆试体中的ASR抑制效果。结果表明,在蒸汽养护条件下,煤矸石掺量在20%以上可以有效抑制高、中等碱活性集料的ASR膨胀;在碱溶液养护条件下,煤矸石掺量在30%以上可以有效抑制沸石化珍珠岩等高活性集料的ASR膨胀;且水泥碱含量调高,抑制作用减弱。对于评价煤矸石抑制碱硅酸反应试验,湿空气养护的试验结果比碱溶液养护条件的试验结果更能说明抑制效果,论文推荐采用以ASTM C1260方法为基础,单一集料粒径,湿空气养护条件的方法来评价混凝土中掺入煤矸石抑制碱硅酸反应的效果;可以根据工程条件,选择不同的水泥碱含量进行深入评价。
采用两种水泥,比较分析了粉煤灰与煤矸石抑制效果异同。结果表明,变化碱含量时,均发现在可比条件下,两种掺量的煤矸石的抑制效果都要强于30%掺量粉煤灰,这表明煤矸石发生火山灰反应时间比粉煤灰要早,且发生火山灰反应所需的碱度值比粉煤灰低。且到了后期,掺粉煤灰的试体发生了较为明显的膨胀,而煤矸石均未发生此现象。