人造骨料可循环混凝土体积稳定性的研究

作     者：张杰 

作者单位：济南大学 

学位级别：硕士

导师姓名：周宗辉

授予年度：2015年

学科分类：08[工学] 081304[工学-建筑技术科学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 0813[工学-建筑学] 

主      题：可循环混凝土 人造骨料 体积稳定性 干燥收缩 自修复性能 

摘      要：水泥混凝土作为最广泛应用的建筑材料,在制备过程中消耗大量天然砂石资源,破坏生态环境。目前废弃建筑垃圾和工业废渣利用率低,其随意堆放不但占用耕地,而且造成粉尘污染,废渣中的重金属离子会污染土壤和水资源。针对这些问题,本课题组将钢渣、煤矸石、矿渣等工业废渣处理后,制备高性能人造骨料,进而替代天然砂石骨料配制可循环混凝土,该混凝土废弃后可直接破碎、粉磨,添加部分校正原材料,按水泥率值配制生料经高温煅烧后可得到再生水泥熟料,实现混凝土的循环利用,该循环过程中不但降低了石灰石用量,而且还有效利用废渣等废弃资源,同时还能有效降低CO2气体的排放量。为了可循环混凝土实际应用的推广,本实验室开展了可循环混凝土耐久性的研究。本文主要针对高性能人造骨料的潜在活性,研究其对可循环混凝土体积稳定性及自修复性能的影响。借助岩相和X射线衍射分析人造骨料的性能,利用比长仪测试可循环混凝土的体积干燥收缩,借助裂纹宽度测量仪、超声波无损检测等测试手段研究可循环混凝土裂缝自修复的能力,同时利用孔结构和扫描电镜图片分析可循环混凝土内部微观结构变化,取得的主要实验结论如下:(1)人造骨料的基本性能及碱-骨料反应测试类熟料组成人造骨料中的主要有C2S、C3S、C3A及C4AF等矿物组分,废弃物基人造骨料的主要矿物为C2S、CS、CA2、CF2及Ca3Al10O18等,其吸水率分别为1.38%、1.89%,压碎指标分别为11.20%、10.60%,表观密度分别为2623kg/m3、2605 kg/m3,其均能满足建筑用卵石国标的压碎指标小于12%、表观密度大于2500 kg/m3的要求;人造骨料的潜在活性能使其发生水化后的产物起到填充孔隙的作用;高性能人造骨料不存在潜在的碱-骨料反应,即碱性条件下人造骨料不会造成可循环混凝土体积的破坏。(2)人造骨料可循环混凝土力学性能的研究相同水灰比时,可循环混凝土的抗压强度高于普通混凝土抗压强度。水灰比为0.47时,类熟料组成、废弃物基可循环混凝土28d时抗压强度为62.4MPa、57.4MPa,相比于普通混凝土(48.7MPa)提高28.1%和17.9%;类熟料组成、废弃物基可循环混凝土及普通混凝土界面过渡区显微硬度为80kg·mm-2、70kg·mm-2、40kg·mm-2,即可循环混凝土界面过渡区硬度更高;人造骨料的高硬度提高了可循环混凝土抵御体积收缩的能力。(3)温度、水灰比和砂率对可循环混凝土体积干燥收缩的影响温度从20℃升至40℃过程中,可循环混凝土未发生体积的明显膨胀,膨胀值均小于0.25%,且在200个冻融循环内,可循环混凝土也未发生明显膨胀,膨胀值均小于0.0%;水灰比从0.42至0.62,混凝土试件养护至180d时,与普通混凝土相比较,类熟料组成可循环混凝土体积干燥收缩率分别下降了19.2%、16.4%、15.7%,废弃物基可循环混凝土体积干燥收缩率分别下降了16.1%、18.2%、15.1%;当砂率分别取35%、40%、45%时,相比较与普通混凝土,类熟料组成可循环混凝土体积干燥收缩率分别下降了16.0%、16.4%、14.1%,废弃物基可循环混凝土体积干燥收缩率分别下降了18.3%、18.2%、16.6%;孔径分布表明,随着水灰比和砂率增大,混凝土内部有害孔及多害孔分布增多。(4)矿物掺合料对可循环混凝土体积干燥收缩的影响随着矿物掺合料掺量的增加,可循环混凝土体积干燥收缩率均有不同程度的下降。养护至180d龄期时,与空白试样(矿物掺合料掺量为0%)相比,掺加10%、20%、30%、40%粉煤灰的类熟料组成可循环混凝土干燥收缩率分别下降了5.2%、15.2%、28.5%、42.7%,而废弃物基可循环混凝土体积干燥收缩率分别下降了6.3%、11.0%、22.9%、38.5%;掺加10%、20%、30%、40%矿粉的类熟料组成、废弃物基可循环混凝土体积干燥收缩率分别下降了-1.0%、7.7%、15.2%、20.4%,1.4%、5.5%、10.1%、16.0%;掺加5%硅灰,对可循环混凝土干燥收缩率基本没有影响,当掺加10%硅灰后,可循环混凝土干燥收缩略小于空白试样,对其体积干燥收缩影响不大;粉煤灰对可循环混凝土体积干燥收缩率的影响最大,能够有效的降低可循环混凝土试件的体积干燥收缩率,矿粉对可循环混凝土的早期体积收缩率影响较大,但后期体积干燥收缩率下降的不明显,低掺量的硅灰对可循环混凝土体积稳定性的影响不大。(5)可循环混凝土微裂纹自修复性能的研究随着水灰比的增加,可循环混凝土微裂纹自修复性能降低。水灰比为0.5时,类熟料组成、废弃物基砂浆试件及普通砂浆试件自修复后强度增长率为30.44%、28.0%、24.96%,超声波波速增长率为13.06%、15.83%、12.23%,微裂纹愈合率为100%、79.6%、55.