石灰石-硅酸盐水泥复合胶凝材料耐久性改善方法及机理

作     者：徐家兴 

作者单位：中南大学 

学位级别：硕士

导师姓名：郑克仁

授予年度：2022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：石灰石粉 混料设计 偏高岭土 耐久性 氯离子 硫酸盐 

摘      要：石灰石粉的价格低廉,存量大,可作为一种混凝土矿物掺合料以解决辅助胶凝材料供应不足的问题,具有良好前景。目前,越来越多的研究人员对石灰石粉-水泥复合胶凝材料的耐久性问题做出了研究,但耐久性问题依然存在。因此,仍需要使用合适的辅助材料和合理的设计方法,来提升石灰石粉-水泥复合胶凝材料的耐久性能。本文通过混料设计的方法研究了石灰石粉掺量及细度对水泥基材料孔隙率、吸水率、电通量的影响规律。还通过GEMS热力学模拟的方法研究了偏高岭土对石灰石粉-水泥复合胶凝材料抗氯渗透性的影响机理,并提出对抗氯离子渗透性和抗硫酸盐侵蚀的改善措施。主要结论如下:(1)在研究中,吸水率、孔隙率和电通量都会随着石灰石粉含量的增加而逐渐增加,但改变石灰石粉细度所产生的影响十分有限。此外,孔隙率、吸水率和电通量这三种耐久性能的关系十分密切。石灰石粉的掺入导致试件中粗孔的增加,因此整体孔隙率增加。这部分增加孔隙的孔径属于毛细孔隙的范围,毛细孔隙的增加会显著提升固体试件的吸水率,这也导致了试件吸收氯盐液体的能力提升,在孔隙中游离的氯离子也会增多。此外,石灰石粉的掺入还减少了能够固化或结合氯的物相含量,进一步导致抗氯离子渗透性降低,因此实测电通量有提升。(2)掺入偏高岭土后试件吸水率的下降不是由孔隙的细化所导致。实验结果表明,偏高岭土的掺入会导致物相转变(Hemicarboaluminate向Monocarboaluminate的转化等),会引起固相体积缩减、总孔隙增多,进而导致样品孔隙及孔径的增加以及后期强度的下降。虽然偏高岭土的掺入削弱了化学结合氯离子的能力,但其增加的凝胶能通过静电相互作用把氯离子吸附在凝胶夹层内与钙聚集,使在孔隙溶液中游离的氯离子减少,致使样品的电通量大幅降低。偏高岭土的掺入能够在不明显影响强度及孔隙的情况下使试样的吸水率、电通量等耐久能力有优异的提升,因此偏高岭土是一种优良的改善材料。(3)在硫酸盐侵蚀中,玻璃粉的掺入使试件在早期膨胀有明显的降低,降低幅度随玻璃粉掺量的增加而增大。在后续侵蚀过程中,玻璃粉的掺入还能抑制膨胀速率。由于玻璃粉的低火山灰活性,其对受硫酸盐干湿循环侵蚀的试样的早期强度的影响不明显。但在干湿循环进行到90次及以后,玻璃粉对强度的下降起到一定的缓解作用。图33幅,表14个,参考文献90篇