礦物摻合料對偏高嶺土基地聚合物混凝土抗鹽凍性能的影響.pdf

1、在嚴寒地區(qū)，混凝土的凍融破壞是制約其耐久性的主要因素之一，部分地區(qū)存在鹽湖及融雪劑侵蝕和凍融循環(huán)的共同作用更是加速了混凝土路面的破壞。地聚合物作為一種新型的無機硅鋁質(zhì)膠凝材料，其多方面性能明顯優(yōu)于傳統(tǒng)的硅酸鹽水泥，因而地聚合物在很多領域內(nèi)都具有廣闊的應用前景，特別是地聚合物作為快速修補、注漿灌漿材料已經(jīng)應用在實際工程中。目前針對地聚合物混凝土的研究顯示其抗凍性能的優(yōu)劣尚無定論，凍融破壞機理尚需進一步探索。因此，研究如何改善地聚合物混凝土

2、在鹽環(huán)境中的抗凍性能對進一步推廣其應用具有重要的理論意義和實際價值。
　　本文以偏高嶺土和鋼渣、礦渣、粉煤灰及硅灰為主要原材料，在水玻璃復合氫氧化鈉的激發(fā)作用下制備地聚合物混凝土，參照相關研究文獻的凍融試驗方法，以凍融循環(huán)過程中地聚合物混凝土的表面剝蝕量為衡量指標，研究了不同的礦物摻合料對偏高嶺土基地聚合物混凝土抗鹽凍性能的影響。通過地聚合物混凝土的體積孔隙率、飽和系數(shù)、物相組成、微觀形貌、綜合熱分析和凍融破壞形式探究了礦物摻合料

3、的作用機理；通過測試地聚合物混凝土凍融循環(huán)過程中的損傷，初步分析其劣化過程并提出凍融損傷劣化方程。研究結果表明：
　　1）氯鹽環(huán)境加速了地聚合物混凝土凍融破壞過程，其濃度在4％~6%時凍害因子達到最大值1.05左右，濃度在4%~6.5%時凍結膨脹系數(shù)達到顯著水平14.9%。
　　2）礦物摻合料提高了地聚合物混凝土極限凍融循環(huán)次數(shù)。地聚合物自然飽和體積吸液率由13%~16%降低至9%~13%，飽和系數(shù)由0.92~0.93降低至

4、0.9附近，孔隙可凍溶液含量降低，自然吸液飽和延緩了4h左右，抗鹽凍性能得到提高。此時對應氧化物組成高鈣地聚合物為硅鋁比3.3和鈉鋁比0.6，低鈣地聚合物為硅鋁比3.5和鈉鋁比0.7~0.8。
　　3）XRD和DSC-TG分析顯示摻入鋼渣或礦渣后地聚合物結構生成了新的產(chǎn)物C-S-H凝膠、C-A-S-H凝膠以及其他復雜的鋁硅酸鹽水合物。SEM測試表明地聚合物平板狀結構表面分布著一定數(shù)量孔洞和微裂縫，礦物摻合料減少其表面微缺陷，表層產(chǎn)

5、物分布更加復雜，結構互相交錯更加緊密。礦物摻合料增加水化產(chǎn)物種類和改善微觀結構是地聚合物抗凍性能提高的根本原因。
　　4）礦物摻合料明顯延緩了地聚合物質(zhì)量吸水率的累計過程，提高了其抗開裂能力，5次凍融循環(huán)后質(zhì)量吸水率增量ΔωM均有不同程度的降低且相對強度Pr5明顯更高，特別是高鈣地聚合物ΔωM降低了50%，Pr5保持在90%以上。SEM測試顯示摻入鋼渣G22和摻入礦渣K22較大程度的保持了凍融前的表觀形貌，摻入粉煤灰F22和硅灰U

6、3次之，而基準組P23幾近潰散。
　　5）根據(jù)地聚合物相對強度損傷演化方程，基準組混凝土為單段損傷模式，試驗組混凝土均為雙段損傷模式并出現(xiàn)變速點N12。礦物摻合料通過降低初速度IDV值降低了地聚合物在N12前的凍融破壞速率，N12后F22、G22和K22的加速度DA值都比基準組小，鋼渣、礦渣或者粉煤灰在N12后能有效的抑制地聚合物凍融損傷的發(fā)展，硅灰只能在N12前改善地聚合物混凝土的抗鹽凍性能。
　　鋼渣或礦渣單摻摻量為15