堿礦渣水泥石碳礦化行為機理研究.pdf

1、堿礦渣水泥是環(huán)境友好型綠色膠凝材料，使用性能優(yōu)異，生產過程能有效利用工業(yè)副產品和廢渣，生產工藝簡單，生產能耗低，自然資源消耗和溫室氣體排放少，被譽為二十一世紀最具開發(fā)潛力的膠凝材料。從應用的角度，提高材料耐久性是延長結構使用壽命、促進社會經濟可持續(xù)發(fā)展的需要。業(yè)已證明，碳化與鋼筋銹蝕是混凝土結構耐久性破壞的主要類型。雖然堿礦渣混凝土具有一系列優(yōu)良性能，但已有研究表明，其碳化速率較高，特別是強度等級較低的混凝土，表現(xiàn)尤為突出。不僅如此，總

2、體而言，有關堿礦渣混凝土的抗碳化性能研究極少，對其抗碳化性能的評價存在爭議，對其碳化行為的內在本質沒有統(tǒng)一認識，有效改善與提高其抗碳化能力的技術途徑尚未確立，上述問題是該材料研究的薄弱環(huán)節(jié)，也是制約其應用發(fā)展的關鍵技術問題之一。因此，研究堿礦渣水泥石(AASS)的碳化行為與微觀機理，對科學評價堿礦渣混凝土的抗碳化能力，指導堿礦渣混凝土結構的耐久性設計與應用發(fā)展均具有重要意義。
　　 論文以水玻璃與NaOH為堿組分制備的堿礦渣水泥

3、石為對象，研究了堿組分種類、堿當量、水玻璃模數(shù)、水膠比、養(yǎng)護條件及碳化前處理方式對該水泥石碳化程度與收縮行為的影響，分析了碳化對堿礦渣水泥石孔溶液pH值及Na+K+、Ca2+含量的影響；采用X-射線衍射(XRD)、掃描電子電鏡(SEM)、綜合熱分析(TG-DSC)及傅立葉轉換紅外光譜分析(FT-IR)等測試手段，研究了堿礦渣水泥石的碳化產物與微觀結構，結合氮吸附方法分析了碳化對堿礦渣水泥石孔結構的影響；通過提高固態(tài)分散相堿度、降低水泥石

4、干燥收縮與水泥石可溶性堿含量等技術措施，研究了改善堿礦渣水泥石抗碳化性能的技術途徑。研究揭示的主要規(guī)律與取得的主要成果概括如下：
　　 在3％～6％范圍內，堿礦渣水泥石的碳化程度隨堿當量提高而減小，但減小的程度隨堿當量的提高而減弱。同一堿當量水平，NaOH為堿組分的堿礦渣水泥石碳化程度大于水玻璃為堿組分的堿礦渣水泥石。在1.0～2.0范圍內，隨模數(shù)增加，水玻璃為堿組分的堿礦渣水泥石碳化程度先減小，后增大。堿當量為4％～6％、模數(shù)

5、為1.2～1.5時，堿礦渣水泥石具有良好抗碳化能力。此外，堿礦渣水泥石碳化程度隨水膠比提高而增加，隨碳化前養(yǎng)護齡期延長而降低。水中養(yǎng)護的堿礦渣水泥石碳化程度大于同齡期標準養(yǎng)護的堿礦渣水泥石。
　　 相同水膠比時，堿礦渣水泥砂漿碳化程度大于硅酸鹽水泥砂漿。相同擴展度時，堿礦渣水泥砂漿的碳化程度小于硅酸鹽水泥砂漿。碳化后，硅酸鹽水泥砂漿抗壓強度有所提高，在碳化齡期60d內，堿礦渣水泥砂漿抗壓強度隨碳化齡期延長呈降低趨勢。
　　

6、 堿礦渣水泥石碳化收縮特征研究表明，碳化沒有引起水泥石收縮的增加。在3％～6％范圍內，堿礦渣水泥石碳化收縮隨堿當量提高而減小。模數(shù)為1.2～1.5的水玻璃所配水泥石的碳化收縮較小。在0.30～0.35范圍內，堿礦渣水泥石碳化收縮隨水膠比提高而增大。隨碳化前養(yǎng)護齡期延長，碳化收縮減小。水中養(yǎng)護的堿礦渣水泥石碳化收縮大于同齡期標準養(yǎng)護的水泥石。
　　 碳化前，堿礦渣水泥石孔溶液Na+含量較多，K+含量較少，而Ca2+含量很低，Na

7、OH為堿組分的水泥石孔溶液pH值大于水玻璃為堿組分的水泥石。碳化60d時，水泥石孔溶液pH值降低至10左右，Na+含量增加，K+與Ca2+含量減少。
　　 水膠比為0.30，模數(shù)1.2的水玻璃配制的堿礦渣水泥石主要含孔徑小于20nm的孔，體積百分率可達78％，NaOH配制的堿礦渣水泥石中，孔徑大于20nm的毛細孔較多，體積百分率可達68％。碳化使堿礦渣水泥石比表面積增加、平均孔徑、最可幾孔徑減小。堿礦渣水泥石的C-S-H凝膠是較

8、接近托貝莫來石的水化硅酸鈣，水玻璃為堿組分的堿礦渣水泥石的C-S-H凝膠C/S小于NaOH為堿組分的堿礦渣水泥石。碳化引起C-S-H凝膠脫鈣，使C-S-H凝膠C/S降低，聚合度增加。碳化產物CaCO3的存在形式主要為方解石，隨碳化齡期延長，出現(xiàn)球霰石與文石。另外，碳化還會形成單斜鈉鈣石(Na2CO3·CaCO3·5H2O)與蘇打石(NaHCO3)。堿礦渣水泥石孔溶液的高堿性、水化產物不存在Ca(OH)2、干燥收縮較大是其碳化比較嚴重的主