考虑渗透路径和结晶过程的缺陷骨料强化机理及混凝土性能研究

作     者：赵仁铭 

作者单位：重庆交通大学 

学位级别：硕士

导师姓名：汪承志;李鹏飞

授予年度：2024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：缺陷骨料 硅酸钠 混凝土 力学性能 微观结构 

摘      要：将水利工程建设中产生的废弃料破碎、筛分后制备的缺陷骨料用于混凝土工程加以利用,可以同时降低天然砂石资源的开采,提高工程废弃料的利用率,减少资源浪费和环境污染。但是缺陷骨料由于其自身的压碎指标大、吸水率高等特点,直接应用场景狭窄。基于此,本文对缺陷骨料的多维物理力学性能进行测定,采用多种化学试剂对水玻璃溶液的结晶强度和渗透路径进行综合改性后制备渗透结晶材料,利用SEM和MIP试验分析渗透结晶材料对缺陷骨料的强化机理。设计混凝土试验,研究了缺陷骨料混凝土的工作性能和力学性能,并通过BSE试验分析缺陷骨料混凝土ITZ的孔隙结构,阐明二次结晶反应对ITZ的强化机理。主要内容如下: (1)缺陷骨料的物理力学性能较差,其压碎指标为26.16%,吸水率为2.65%,明显大于天然骨料。可以将压碎指标和吸水率作为衡量缺陷骨料性能的指标。 (2)采用硼酸钠、六偏磷酸钠和聚羧酸高分子对硅酸钠溶液进行复合改性以制备渗透结晶材料,确定其组分(以质量计):水100份,硅酸钠15份,硼酸钠2份,六偏磷酸钠1.5份,聚羧酸高分子0.6份。硼酸钠、六偏磷酸钠通过与硅氧四面体互相穿插形成复合网状结构,提高氧化硅晶体的强度;聚羧酸高分子可以增强硅酸钠溶液体系的稳定性,提高对缺陷骨料的浸润性,拓展渗透路径。 (3)对强化前后的缺陷骨料进行SEM和MIP试验。结果表明,浸泡渗透结晶材料后在缺陷骨料内部脱水硬化生成的氧化硅晶体有效填充了缺陷骨料的孔隙,降低其总孔隙率;同时细化了缺陷骨料的孔隙结构,优化了孔径分布曲线。 (4)采用渗透结晶材料强化后的缺陷骨料制备混凝土并测试其坍落度和强度。结果表明,浸泡渗透结晶材料可以提高缺陷骨料混凝土的坍落度和力学强度,抗压强度提升2.13%-9.54%,抗折强度提升3.53%-10.19%,渗透结晶材料对混凝土的力学强度的提升主要发生在混凝土的早龄期阶段。 (5)对强化后的缺陷骨料混凝土ITZ进行研究。强化骨料表面附着的氧化硅晶体与ITZ中水泥水化产生的氢氧化钙发生二次结晶反应,生成硅酸钙胶凝,促进了水泥水化,有效降低了ITZ的孔隙率和厚度。 (6)渗透结晶材料提升缺陷骨料混凝土的性能是多尺度的,可以从提升骨料力学性能和降低混凝土ITZ孔隙率,改善ITZ微观结构两方面提升混凝土的性能。