双掺粉煤灰矿渣混凝土的氯离子渗透性

作     者：安强 

作者单位：燕山大学 

学位级别：硕士

导师姓名：潘慧敏

授予年度：2021年

学科分类：08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 

主      题：混凝土 粉煤灰 矿渣 氯离子 渗透性 微观结构 

摘      要：海洋工程混凝土结构面临的腐蚀环境严酷而复杂,大量近海及沿海混凝土结构由于氯离子的渗透入侵,导致钢筋锈蚀而提前失效,对此不得不投入大量资金进行定期维护和加固,这造成了巨大的经济损失。因此,如何降低混凝土氯离子渗透性能,从而保证近海及沿海混凝土结构耐久性成为了亟待解决的问题。本文基于交叉设计方法,研究了水胶比(0.35,0.425,0.5)、养护龄期(3 d,7 d,280 d)、矿物掺合料(Ⅰ级和Ⅱ级粉煤灰,S95和S105矿渣)之间粒径匹配及掺量(40%、60%、80%)等因素对混凝土氯离子渗透性能的影响。将混凝土试件浸泡于浓度3.5%NaCl溶液中28 d、60 d、90 d、120 d、180 d,测定了不同深度处自由氯离子浓度,建立了基于灰色关联的混凝土渗透性模型,评价了各因素对混凝土的氯离子渗透性的影响程度。通过扫描电镜-能谱分析(SEM-EDS)、X射线衍射(XRD)、差示扫描量热-热重(DSC-TG)等方法,对水化产物的微观结构和化学组成进行分析。此外,由于养护龄期过长或者测试误差等原因造成各组结合氯离子含量过低,故以氯离子含量高且碱性较强的碱渣为原料,来激发矿渣和粉煤灰,研究了矿物掺合料掺量对结合氯离子的影响。研究结果表明,水胶比对混凝土的氯离子渗透性影响最大,随着水胶比的增加,混凝土的抗渗性显著下降。由于养护时长和养护条件差异较大,造成养护龄期对渗透性的影响仅次于水胶比,养护龄期越长,抗渗性越好。矿物掺合料掺量过低不利于其火山灰活性的发挥,过高则不容易被激发且强度低,实验测试发现粉煤灰和矿渣的最佳掺量为60%。通过测试粒径分布、净浆流动度、混凝土坍落度和扩展度,建立了粉煤灰矿渣粒径匹配度和抗渗性之间的关系,测试结果表明Ⅰ级粉煤灰和S95矿渣间粒径匹配度和抗渗性最好,而Ⅱ级粉煤灰和S95矿渣的匹配度最差。通过XRD及DSC-TG定量分析了各组Ca(OH)和Ca CO含量,来反映矿渣和粉煤灰火山灰反应的进展和碳化程度,发现掺量和碳化程度一定时,通过火山灰反应消耗的Ca(OH)的量越多,抗渗性越强。利用SEM观察发现微观形貌与抗渗性紧密相关,结构越致密,微裂缝越少,则抗渗性越好。60%掺量的矿渣和煤灰兼顾了Ca(OH)的碱激发作用和自身的火山灰反应程度,抗渗性和结合氯离子能力更加优异。通过SEM还可以发现固化氯离子生成的Friedel盐被无定形的C-S-H凝胶包裹,这对于混凝土的抗渗性是有益的。