地质聚合物基珊瑚混凝土的制备及性能研究

发布时间：2020-06-05 21:37

【摘要】：海洋工程混凝土是发展海洋经济的重要基础支撑。在南海远洋环境下利用珊瑚制备混凝土将有效解决工程建设中存在的骨料紧缺问题,然而珊瑚质轻多孔,表面粗糙且粘附附着物,孔隙中含有一定海洋中的盐分。珊瑚骨料的特性影响了混凝土工作性能、力学性能、体积稳定性及耐久性。且现有水泥基珊瑚混凝土因水泥水化产物在海洋环境下稳定性差,珊瑚骨料连通孔隙率大强度低,界面过渡区结构弱,故其抗蚀性差、强度低。本文主要利用新型胶凝材料地质聚合物与珊瑚骨料,通过优化地质聚合物配比参数及化学微腐蚀珊瑚骨料,制备出具有良好力学性能的地质聚合物基珊瑚混凝土。本文进行的主要工作和取得的主要结论:?珊瑚骨料的物理、化学特性及形态的数值表征(1)对珊瑚骨料的基本物理、化学特性进行了测定。珊瑚骨料为钙质骨料,矿物成分为文石;珊瑚骨料与碎石骨料相比具有独特的树枝状和棒状形貌,且其具有较强的吸水性(12%)。珊瑚骨料内部孔隙结构大体可分为蚁穴、孔簇和核壳结构类型。采用IPP软件计算所得最大孔隙率在47%~53%范围。(2)采用球度、棱角数、形态和组织构造指数对珊瑚骨料的形态进行了量化表征。珊瑚骨料的平均球度ψ分布范围在0.5-0.6;单粒级珊瑚骨料比同粒级石灰岩碎石的棱角数AN大2.4-3.0倍;同单粒级下,珊瑚骨料和石灰石骨料的形态和组织构造指数IAPST在31.6~34.3和18.6~19.6之间;提出了构造指数TI,4.75 mm~16 mm及16 mm~31.5mm粒径珊瑚骨料的TI分别为16.18和15.88,而石灰岩碎石骨料的仅为1.22和1.17,该指数能更好的适用于评价珊瑚骨料表面粗糙程度。?珊瑚骨料的化学微腐蚀及其性能研究(1)采用乙酸浓度及酸液浸泡时间变量条件对珊瑚骨料进行微腐蚀处理。随着乙酸浓度及浸泡时间的增加,珊瑚骨料的质量损失逐渐上升、珊瑚混凝土的抗折与抗压强度先增加后减小。在1%~5%(C)质量分数乙酸浓度及30~90min(T)浸泡时间条件下,珊瑚混凝土7d强度均在C3T60微腐蚀条件下出现最大值。相同浸泡时间下,C5T60相较于C3T60条件,其抗折、抗压强度分别出现15.4%和7.9%的降低;而同样浓度下,C3T90相较于C3T60处理条件,其抗折、抗压强度分别下降6.3%和6.8%。(2)对化学微处理珊瑚骨料的结构特性进行探究。乙酸浓度和浸泡时间的增加将增大珊瑚骨料内部的连通性及降低骨料的强度。珊瑚骨料酸处理的最佳参数为3%浓度、60min浸泡时间。?地质聚合物配合比参数选择及其性能研究(1)采用响应曲面优化设计法优化地质聚合物净浆的配合比参数。响应曲面法拟合矿渣掺量W_(SC)、碱激发剂模数M和碱激发剂掺量R_(AS)的二阶响应曲面模型精确合理,矿渣掺量和激发剂模数交互影响非常显著,地质聚合物净浆的抗压强度随着矿渣掺量的增加而增大、随着激发剂模数的增加而先增大后减小。(2)采用不同养护制度探究曲面端点及中心点处五组参数的性能变化。密封养护下试件具有比干燥养护更高的强度、更小的收缩及更少的开裂裂纹。综合考虑强度和收缩特点,确定性能优异的地质聚合物净浆配比:W_(SC)为质量分数50%(粉煤灰/矿渣)的矿渣,M为1.4的改性水玻璃,R_(AS)为质量分数50%掺量的激发剂,养护条件为密封养护。?地质聚合物基珊瑚混凝土的制备(1)采用最佳化学微腐蚀条件下珊瑚骨料及优化配比的地质聚合物制备混凝土。地质聚合物基珊瑚混凝土的搅拌步骤为:1)首先搅拌制备地质聚合物砂浆;2)然后珊瑚骨料分两次加入,第一次加入骨料后搅拌至呈现出良好的砂浆裹覆粗骨料的状态;3)再进行第二次加入,搅拌至混凝土出现较好的流动成型状态并成型。对于裹浆实验组,需对珊瑚骨料进行提前裹浆处理,再加入砂浆。(2)制备不同体积砂率下的地质聚合物基珊瑚混凝土。28天龄期下,随着体积砂率45%-54%的增加,混凝土的抗压强度先增加后降低。48%的体积砂率具有较合适的工作性,其3天和28天抗压强度分别为24.0 MPa和49.7MPa。(3)采用富余浆体系数、骨料裹浆、纤维增强的方法提升地质聚合物基珊瑚混凝土的抗压强度。三种提升技术的3天最大抗压强度分别达到39.0 MPa、35.0 MPa和42.0MPa;而在28天龄期时最大强度分别达到54.2MPa,65.1MPa和74.2 MPa。其中采用骨料裹浆及纤维增强方法制备的混凝土可达到C60强度等级标准。同时掺加纤维可提升地质聚合物基珊瑚混凝土的延性。
【图文】：

SEM图,珊瑚,骨料,界面过渡区

安徽建筑大学硕士学位论文第一章绪论界面强度值。由于珊瑚混凝土内部多孔，结构较为疏松，水泥的水化产物针状 AFt、C-S-H凝胶等填充在骨料表面、孔穴和裂缝中从而有效改善强度[28]；在界面过渡区ITZ中，通过对比河砂、珊瑚砂分别与水泥石基体的结合可以发现，水泥水化产物生长在珊瑚骨料的孔洞中（见图 1-1），两者之间无明显的裂缝，而河砂与水泥石之间可能由于水膜存在的原因而导致裂缝的产生（见图 1-2）。珊瑚的内养护特性使得界面过渡区处水化更充分，骨料与基体间结合更为紧密[29]，珊瑚混凝土在 0~150μm 界面区范围的显微硬度大于普通混凝土[30]，这种特性使得劈裂抗拉强度、抗折强度提高幅度更加突出，但因珊瑚本身筒压强度低于普通砂石骨料，在达到峰值应力后骨料容易出现被较快压碎，但不从界面破坏的情况[17,18]，，造成同强度等级下较普通混凝土和轻集料混凝土更容易发生脆性断裂。因此如何增强骨料强度将是解决珊瑚混凝土低强度的技术方法之一。

珊瑚砂,混凝土,界面过渡区,河砂

但因珊瑚本身筒压强度低于普通砂石骨料，在达到峰值应力后骨料容易出现被较快压碎，但不从界面破坏的情况[17,18]，造成同强度等级下较普通混凝土和轻集料混凝土更容易发生脆性断裂。因此如何增强骨料强度将是解决珊瑚混凝土低强度的技术方法之一。图 1-1 珊瑚混凝土的 SEM 图片[28].Fig. 1-1 SEM pictures of coral concrete[28]
【学位授予单位】：安徽建筑大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：P75;TU528

【相似文献】