辅助性胶凝材料对水泥膨胀性能的影响

论文摘要

水泥在水化硬化过程中产生收缩而引起开裂,从而影响水泥混凝土的安全性与耐久性。在水泥混凝土中引入不同的膨胀组分,以膨胀来补偿收缩,是解决这一问题的有效的方法。水泥混凝土中普遍使用各种辅助性胶凝材料,那么它们对膨胀剂的效果会产生什么影响?目前对各种膨胀剂以及各种辅助性胶凝材料影响规律的研究很多,但缺乏系统的比较,有关共性的分析更少。本文主要研究粉煤灰、矿渣、石英粉、硅灰等辅助性胶凝材料对掺UEA（一种高效低碱膨胀剂）和MgO膨胀剂水泥硬化浆体强度和膨胀性能的影响,并通过XRD、SEM和MIP对硬化浆体的组成、形貌和孔结构进行分析,结果如下：（1）粉煤灰和石英粉均降低掺UEA硬化浆体和掺MgO硬化浆体3d、7d和28d强度,而且两者差异很小；矿渣降低掺UEA硬化浆体的3和7d强度,但是28d强度与基准浆体接近,而对掺MgO硬化浆体而言,矿渣降低各个龄期的强度；硅灰对水泥硬化浆体强度十分有利,无论是掺UEA硬化浆体和掺MgO硬化浆体,7d强度就与基准试样相差不大,到28d时均比基准试样高很多。（2）28d前粉煤灰和石英粉对MgO膨胀具有放大作用,但是28d后粉煤灰和石英粉对膨胀起到抑制作用,其中粉煤灰的作用比较明显,且在90d后趋于稳定；矿渣对MgO膨胀有明显的抑制作用,但是这种抑制作用在90d不如粉煤灰,且膨胀仍然在增大；硅灰对MgO膨胀在14d前有一定的放大作用,但是14d后又明显抑制了膨胀,且很快趋于稳定,在混合材中硅灰硬化浆体的膨胀率最低。（3）粉煤灰和石英粉对UEA膨胀在180d内一直具有明显的放大作用,尽管粉煤灰试样的膨胀在28d已趋于稳定和石英粉试样在90d后趋于稳定；矿渣在7d前增大了UEA浆体的膨胀,但7d后又抑制了膨胀,60d后基本膨胀趋于稳定；硅灰对MgO膨胀有明显的抑制作用,基本在7d后已趋于稳定,在各种混合材中,硅灰硬化浆体的膨胀率最低。（4）UEA和MgO体系中掺入辅助性胶凝材料,在3-28d时,硬化浆体的主要组成有未水化的C2S和C3S、水化形成的Ca（OH）2,只是MgO体系中存在有较多的未水化的MgO, UEA体系中形成较多的AFt。在同一龄期,随辅助性胶凝材料掺量增加,和C3S、C2S、CH峰强度降低,随着龄期的发展,掺量对以上各峰强度的影响减小。（5）3d时,MgO体系与UEA体系有很大区别：UEA体系中有大量的针状晶体生成,同时还发现了片状水化铝酸钙,以及没有反应的柱状的CaSO4·2H2O晶体,到90d时,AFt晶体很难找到,致使UEA和MgO体系在形貌没有太大差别。粉煤灰掺入后,只是增加球形的粉煤灰颗粒,而对其他矿物形貌影响很小。（6）MgO和UEA都增大体系的孔隙率,掺入粉煤灰和硅灰后明显降低了硬化浆体的孔隙率,但是粉煤灰对MgO效果比较显著,而硅灰对UEA效果比较显著。通过以上实验结果,对水泥膨胀的共性及机制进行了探讨,得出以下结论：（1）尽管不同膨胀源产生的膨胀大小及分布不同,不同辅助性胶凝材料的影响规律也有差异,但是,对不同膨胀源和不同辅助性胶凝材料的硬化浆体,辅助性胶凝材料对膨胀的影响与水泥浆体水化硬化龄期及强度发展有相似的对应关系：在较早的水化龄期,强度下降明显时,则对膨胀均有放大作用,而在较长的水化龄期,强度下降不明显时,则表现为对膨胀的抑制作用。（2）辅助性胶凝材料的活性越高,对UEA浆体孔结构的改善效果越好,而活性越差,对UEA浆体的改善效果越不明显,而辅助性胶凝材料对MgO浆体的效果刚好相反。整体而言,辅助性胶凝材料的水化速度与膨胀剂的膨胀速度匹配度大时,对硬化浆体孔结构的改善效果最显著。（3）水泥硬化浆体的膨胀取决于两个方面：一是膨胀源,也即水泥在水化硬化中产生固相体积增加的组分；二膨胀源所处的水泥石环境。膨胀浆体的膨胀是膨胀源与它所处的环境共同作用的结果,膨胀场场力E（t）取决于硬化浆体的膨胀应力、弹性模量和粘性系数。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 前言
• 1.1 研究意义
• 1.2 研究现状
• 1.2.1 水泥基材料的体积稳定性
• 1.2.2 粉煤灰的性能及其在水泥混凝土的作用
• 1.2.3 粉煤灰对于水泥基材料体积稳定性的影响
• 1.2.4 体积变形及粉煤灰抑制机理
• 1.3 研究内容及方案
• 1.3.1 研究内容
• 1.3.2 研究的技术路线
• 1.3.3 创新点
• 第二章 试验过程与研究方法
• 2.1 试验原材料
• 2.2 测试方法
• 第三章 辅助性胶凝材料对水泥强度和膨胀的影响
• 3.1 强度
• 3.1.1 粉煤灰
• 3.1.2 矿渣
• 3.1.3 石英粉
• 3.1.4 硅灰
• 3.1.5 各种辅助性胶凝材料对强度的影响
• 3.2 膨胀性能
• 3.2.1 粉煤灰
• 3.2.2 矿渣
• 3.2.3 石英粉
• 3.2.4 硅灰
• 3.2.5 各种辅助性胶凝材料对MgO/UEA膨胀的影响效果比较
• 3.3 讨论
• 3.4 本章小结
• 第四章 辅助性胶凝材料对水泥硬化浆体微结构的影响
• 4.1 硬化浆体的矿物组成
• 4.2 硬化浆体的微观形貌
• 4.3 硬化浆体的孔结构
• 4.4 讨论
• 4.5 本章小结
• 第五章 辅助性胶凝材料对水泥硬化浆体膨胀的作用机制
• 5.1 膨胀源
• 5.2 膨胀场理论
• 5.3 膨胀场理论的应用
• 5.4 本章小结
• 第六章 结论及展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历
• 硕士期间发表的学术论文及其他研究成果