高性能矿物掺合料的制备与性能研究

论文摘要

本研究以武广客运专线项目为背景,以解决目前轨枕混凝土使用矿物掺合料后早期强度偏低的问题为目的。根据不同矿物掺合料的组成及结构特点,对原材料进行了优选,系统地探讨了不同矿物掺合料在水泥基材料中作用机理；通过对矿物掺合料进行复掺研究、机械粉磨、化学活化等手段,制备出需水量少、早期强度比高、在水泥体系中放热少、有利于水泥或混凝土体积稳定性、改善混凝土耐久性的高性能矿物掺合料；最后进行成本优化,并将优化后的高性能矿物掺合料应用于工程实际中,取得了良好的效果。大量的试验结果表明：1)矿物掺合料总掺量为10%时,粉煤灰与矿粉复合作用最优比例为6：4,硅灰与偏高岭土复合作用最优配比为5：5,分别在适当的比例下,产生活性明显高于各自单掺的“超叠效应”,将K0粉磨到比表面积578 m2/kg后,其活性指数值最高,在其中复掺20%的GO后,微填充及叠加效应得到充分发挥。2)硫酸钠和乙酸钙与矿物掺合料在水泥体系中的复合作用较优,两者均在2%掺量条件下1d及28d活性指数值有较大提高。3)矿粉与粉煤灰以适当比例复掺并粉磨到适宜的比表面积后,不仅水化温升最高峰提前,且水化速率也有一定提高；K3与G0复掺后,水化性能进一步提升；经过化学活化处理的J7试样,其水化速率明显提高,水化温升峰也明显提前。4)矿物掺合料的掺入均能改善水泥砂浆干缩性能、提高水泥混凝土耐久性、改善混凝土内部孔结构。改性后的高性能矿物掺合料的改善作用尤为明显。5)经过矿物掺合料之间的复掺研究、机械粉磨、化学活化等手段对矿物掺合料进行改性,并得到了一系列不仅具有早强性能且对混凝土耐久性有改善作用的高性能矿物掺合料。对制备得到的一系列高性能矿物掺合料进行后期成本优化,最终选定了性价比较优的L2作为轨枕混凝土的原材料,并成功应用于武广高铁工程中。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 矿物掺合料在高性能混凝土中的应用
• 1.3 矿物掺合料作用机理及应用研究现状
• 1.3.1 粉煤灰的作用机理及应用研究现状
• 1.3.2 矿粉的作用机理及应用研究现状
• 1.3.3 硅灰的作用机理及应用研究现状
• 1.3.4 偏高岭土的作用机理及应用研究现状
• 1.4 本文研究的主要目的及内容
• 1.4.1 研究目标
• 1.4.2 研究内容
• 第2章 原材料的选择及实验方法
• 2.1 高性能矿物掺合料原材料选择标准
• 2.2 试验原材料
• 2.2.1 水泥
• 2.2.2 粉煤灰
• 2.2.3 矿渣粉
• 2.2.4 硅灰
• 2.2.4 偏高岭土
• 2.2.4 粗骨料
• 2.2.5 细骨料
• 2.2.6 外加剂
• 2.2.7 水
• 2.3 测试方法及原理
• 2.3.1 水化热测试方法
• 2.3.2 砂浆自由收缩实验
• 2.3.3 力学性能测试
• 2.3.4 压汞法
• 2.3.5 冻融循环实验
• 2.3.6 混凝土抗氯离子渗透实验
• 2.3.7 混凝土碳化实验
• 第3章 高性能矿物掺合料的制备
• 3.1 矿物掺合料组成及结构特点
• 3.1.1 粉煤灰
• 3.1.2 矿粉
• 3.1.3 硅灰
• 3.1.4 偏高岭土
• 3.2 矿物掺合料改性
• 3.2.1 矿物掺合料之间复掺
• 3.2.2 K0粉磨细化
• 3.2.3 K3与G0复掺研究
• 3.3 早强剂与减水剂复掺研究
• 3.3.1 早强剂研究现状
• 3.3.2 含早强剂的矿物掺合料在水泥体系中的作用
• 3.3.3 含早强剂与减水剂的矿物掺合料在水泥体系中的作用
• 3.4 本章小结
• 第4章 高性能矿物掺合料在水泥基材料中 #50水化硬化特征
• 4.1 高性能矿物掺合料水化放热性能研究
• 4.2 高性能矿物掺合料在水泥体系中的干缩实验研究
• 4.3 本章小结
• 第5章 高性能矿物掺合料在混凝土中的应用研究
• 5.1 高性能混凝土物理性能
• 5.1.1 混凝土物理力学性能研究
• 5.1.2 高性能矿物掺合料对混凝土孔结构的影响
• 5.2 混凝土耐久性能研究
• 5.4.1 混凝土抗碳化性能
• 5.4.2 混凝土抗氯离子渗透性能
• 5.4.3 混凝土抗冻性能
• 5.3 高性能混凝土在工程中的应用
• 5.4 本章小结
• 第6章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 附录