功能骨料制備及其對(duì)水泥基材料體積變形性能的影響.pdf

1、骨料是混凝土中重要組分之一，約占混凝土體積的75％-80%。一般被人們視為混凝土中惰性填料，僅起到支撐骨架作用，卻很少有人關(guān)注骨料特性對(duì)水泥基材料體積變形性能的影響。本文根據(jù)材料設(shè)計(jì)基本原理，借鑒復(fù)合材料和人造輕骨料制備技術(shù)、焙燒理論和破碎技術(shù)，對(duì)骨料進(jìn)行功能化設(shè)計(jì)?；趦苫吹V區(qū)豐富的煤矸石和粉煤灰資源制備出了低熱膨脹系數(shù)、內(nèi)部多孔和表面粗糙的功能骨料。研究了燒結(jié)體制備及其優(yōu)化設(shè)計(jì)。通過(guò)原材料配比、發(fā)泡組分摻量和燒成溫度的調(diào)整制備功能骨

2、料，并對(duì)功能骨料的膨脹機(jī)理進(jìn)行分析。研究了功能骨料對(duì)水泥基材料體積變形的影響，揭示了功能骨料提升水泥基材料體積穩(wěn)定性能的作用機(jī)制。論文進(jìn)行的主要工作和取得主要結(jié)論如下：
　　1.燒結(jié)體制備及響應(yīng)曲面法優(yōu)化設(shè)計(jì)
　?。?）燒結(jié)體主要礦物相是莫來(lái)石、石英和β-石英。隨著煤矸石/粉煤灰比值減小，燒結(jié)體的抗壓強(qiáng)度和線性收縮率增大；礦物相石英的衍射主峰降低，β-石英的衍射主峰增加，莫來(lái)石的衍射峰沒(méi)有發(fā)生顯著的變化。燒成溫度對(duì)燒結(jié)體抗壓

3、強(qiáng)度和線性收縮率的影響較為顯著。在1250℃保溫30min條件下，煤矸石/粉煤灰=1:1時(shí)，制備出抗壓強(qiáng)度、線性收縮率、孔隙率和平均孔徑分別為63.88MPa、8.84%、15.28%和203.9nm的燒結(jié)體。
　?。?）采用響應(yīng)曲面法擬合體積收縮率、表觀密度和真空吸水率的二階響應(yīng)曲面模型精確合理，能夠用于分析和預(yù)測(cè)燒結(jié)體的性能，且溫度-比表面積和溫度-Si/Al對(duì)燒結(jié)體性能交互影響非常顯著。綜合考慮能耗和燒結(jié)體性能，確定性能優(yōu)異

4、的燒結(jié)體的制備參數(shù)優(yōu)化結(jié)果：燒結(jié)溫度為1225~1250℃，煤矸石比表面積為600~640 m2·kg-1，原材料Si/Al為2.5~2.6。
　　2.功能骨料制備及其膨脹機(jī)理分析
　?。?）白云石粉在兩種體系功能骨料制備過(guò)程中均能夠?qū)崿F(xiàn)膨脹形成內(nèi)部多孔結(jié)構(gòu)。合適白云石粉摻量和燒成溫度下，功能骨料的礦物相均為堇青石、莫來(lái)石、鈣長(zhǎng)石和石英。其中，礦物相堇青石具有低熱的膨脹系數(shù)和優(yōu)異的熱震性。
　?。?）隨著白云石粉摻量，

5、煤矸石體系功能骨料的孔隙率和孔徑逐漸增大，表觀密度和單顆粒抗壓強(qiáng)度逐漸減小，堇青石和鈣長(zhǎng)石含量增大，莫來(lái)石含量減?。幻喉肥?粉煤灰比值變化對(duì)煤矸石-粉煤灰體系功能骨料孔隙率、表觀密度和抗壓強(qiáng)度的影響不大。燒成溫度對(duì)兩種體系功能骨料組成、結(jié)構(gòu)和性能的影響較為顯著。在1250℃保溫30min條件下，白云石粉摻量為10%時(shí)，制備出了孔隙率達(dá)40.71%，表觀密度為1528kg/m3，孔徑為0.5~1.5mm左右，顆?？箟簭?qiáng)度為5.76MPa的

6、煤矸石體系功能骨料。煤矸石/粉煤灰比值=5:5時(shí)，制備出孔隙率可達(dá)54.86%，表觀密度為1169kg/m3，孔徑尺寸在0.1-1.5mm，單顆?？箟簭?qiáng)度為4.78MPa的煤矸石-粉煤灰體系功能骨料。
　?。?）功能發(fā)泡組分白云石粉實(shí)現(xiàn)功能骨料膨脹過(guò)程包括兩個(gè)方面，即在高溫條件下白云石分解CO2氣體強(qiáng)烈向外逸出和適宜黏度液相對(duì)氣體的抑制，二者共同作用實(shí)現(xiàn)功能骨料的膨脹過(guò)程。
　　3.功能骨料對(duì)水泥基材料體積變形性能的影響

7、r>　?。?）低水灰比條件下，采用功能骨料替代天然碎石制備混凝土能夠有效地抑制混凝土的自身變形量和降低變形速率。功能骨料的多孔結(jié)構(gòu)在混凝土拌合早期吸收部分水分，在后期能夠逐漸釋放，起到內(nèi)養(yǎng)護(hù)效應(yīng)，有效地控制了混凝土內(nèi)部相對(duì)濕度的降低和降低速率，降低了毛細(xì)管張力。同時(shí)，功能骨料表面粗糙的表面形態(tài)結(jié)構(gòu)與水泥石之間形成嵌鎖結(jié)構(gòu)增強(qiáng)了骨料約束限制水泥石的收縮變形能力，有利于降低混凝土的自身體積變形。
　?。?）采用功能骨料等體積部分或全部