富鐵磷鋁酸鹽水泥(PAC)是由磷鋁酸鹽水泥發(fā)展而來的一種新型特種水泥,通過提高水泥熟料體系中的Fe_2O_3含量而使其具有煅燒溫度低和早強(qiáng)高強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。本論文主要研究了富鐵PAC的Cl~-固化性能、干濕循環(huán)下抗Cl~-傳輸性能,復(fù)摻硅灰與粉煤灰后的抗Cl~-滲透性、抗SO_4~(2-)侵蝕性和抗凍性及抗沖磨性能。利用XRD、SEM、MIP等測(cè)試手段對(duì)水泥硬化漿體的微觀結(jié)構(gòu)和形貌進(jìn)行分析表征,并闡明水泥性能改善的原因。主要結(jié)論如下:(1)普通硅酸鹽水泥(OPC)、硫鋁酸鹽水泥(SAC)和PAC在水化28d后的Cl~-固化率分別為21.92%、19.85%和26.32%,PAC具有更加優(yōu)異的Cl~-固化性能;富鐵PAC的CA、磷鋁酸鈣、C_4AF等鋁酸鹽和C_3P礦相均可以化學(xué)鍵合形式對(duì)Cl~-進(jìn)行固化,分別主要形成Friedel鹽(3CaO·Al_2O_3·CaCl_2·10H_2O)和氯磷灰石(Ca_5(PO_4)_3Cl),體系中化學(xué)鍵合Cl~-的數(shù)量為22.69%,遠(yuǎn)高于SAC的6.18%和OPC的12.85%,且固化態(tài)Cl~-穩(wěn)定性較高。Cl~-濃度越高,富鐵PAC水化硬化漿體對(duì)Cl~-的固化能力越大,內(nèi)摻Cl~-含量為1.0%時(shí)富鐵PAC的Cl~-固化率最高,為27.94%;不同水化齡期試樣Cl~-固化能力不盡相同,內(nèi)摻Cl~-質(zhì)量分?jǐn)?shù)越小,不同水化程度所引起的這種差異愈大并隨著水化程度增加而增加。富鐵PAC可以大量高效化學(xué)固化Cl~-,有效屏蔽Cl~-對(duì)鋼筋的直接侵蝕。(2)干濕循環(huán)的環(huán)境條件下,Cl~-在水泥混凝土中的傳輸速率遠(yuǎn)大于全浸潤狀態(tài)下的離子傳輸速率;富鐵PAC的孔隙率較小,在干濕循環(huán)環(huán)境下的抗Cl~-傳輸能力大于SAC和OPC。Cl~-在水泥混凝土內(nèi)部擴(kuò)散傳輸存在著普遍規(guī)律性,遵循Fick第二定律;干濕循環(huán)環(huán)境下,根據(jù)擴(kuò)散定律可得OPC、SAC和富鐵PAC的90d有效擴(kuò)散系數(shù)分別為3.08×10~(-6)mm~2/s、2.33×10~(-6)mm~2/s和1.82×10~(-6)mm~2/s,Cl~-在富鐵PAC的擴(kuò)散速率緩慢;通過引用傳質(zhì)模型預(yù)測(cè)實(shí)際工程中結(jié)構(gòu)的服役壽命,可得OPC和SAC混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋表面Cl~-含量達(dá)到臨界濃度的時(shí)間t為21.5和27.9年,富鐵PAC為原材料的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在復(fù)雜的海洋環(huán)境中的服役年限較高,為36.7年。(3)富鐵PAC-粉煤灰-硅灰三元膠凝材料體系中,硅灰比表面積極高,可以吸附大量自由水,使標(biāo)準(zhǔn)稠度需水量增加;當(dāng)粉煤灰摻量為固定的9%,硅灰摻量越多相應(yīng)富鐵PAC熟料越少,膠凝材料體系水化程度降低,外在表現(xiàn)為水泥的凝結(jié)時(shí)間增加;當(dāng)硅灰的摻量在2%、4%和6%時(shí),富鐵PAC硬化漿體的Cl~-電通量依次為315、264和323C,抗SO_4~(2-)侵蝕系數(shù)分別為1.20、1.23和1.00,150次凍融循環(huán)后其抗壓強(qiáng)度分別為41.18、45.12和39.70MPa;當(dāng)硅灰摻量高于6%時(shí),試件的抗Cl~-滲透性、抗SO_4~(2-)侵蝕性和抗凍性開始大幅下降,當(dāng)硅灰摻量達(dá)到12%時(shí),電通量上升為572C,抗硫SO_4~(2-)侵蝕系數(shù)下降到0.362,凍融循環(huán)100次后抗壓強(qiáng)度僅為31.54MPa;硅灰的顆粒細(xì)度較小,可以在水泥硬化漿體中起到物理填充作用,使水泥硬化漿體的孔結(jié)構(gòu)得到改善,提高抗Cl~-滲透能力和抗SO_4~(2-)侵蝕性能,同時(shí)降低凍融循環(huán)過程的靜水壓力使得抗凍性提高,同時(shí)硅灰與水泥水化產(chǎn)物反應(yīng)生成水化硅鋁酸鈣,從而使水泥硬化漿體強(qiáng)度提高;當(dāng)硅灰摻量過多時(shí),由于熟料相應(yīng)減少造成水化產(chǎn)物不足,硅灰與粉煤灰活性難以在富鐵PAC低堿體系激發(fā),導(dǎo)致硬化水泥漿體致密度降低,硅灰最佳摻量范圍在2%~6%,此時(shí)含粉煤灰富鐵PAC硬化漿體的耐久性較好。(4)富鐵PAC、OPC與SAC水化齡期28d的沖擊延性指標(biāo)分別為2.5、1.95和2.13,水化齡期90d的抗沖磨強(qiáng)度分別為44.76 h/(g/cm~2)、36.17 h/(g/cm~2)和38.35h/(g/cm~2),相比OPC與SAC,富鐵PAC具有更優(yōu)異的抗沖磨性能;富鐵PAC致密結(jié)構(gòu)會(huì)阻礙裂縫的繼續(xù)發(fā)展,體系抗磨損剝落能力強(qiáng),同時(shí)可以承受部分摩擦荷載,使得水泥漿體抗沖磨性能提高;富鐵PAC的磨損率隨磨損劑含量的增加而增加,基本呈線性關(guān)系;適量摻入硅灰可以提高含粉煤灰富鐵PAC硬化漿體的抗沖磨性能,硅灰中的無定型二氧化硅,與富鐵PAC體系中的鋁酸鹽水化產(chǎn)物反應(yīng)生成板狀的水化硅鋁酸鈣,改善了漿體的面結(jié)構(gòu)和水泥受力時(shí)的應(yīng)力分布情況,同時(shí)硅灰可以增加結(jié)構(gòu)的密實(shí)性,使水化硬化漿體抗沖磨性能提高,當(dāng)硅灰摻量為4%、粉煤灰摻量為9%時(shí),試件的抗沖擊延性指標(biāo)和抗沖磨強(qiáng)度具有最高值,分別為2.9259和50.63 h/(g/cm~2)。
【學(xué)位單位】：濟(jì)南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TQ172.1
【部分圖文】：

HNK-3型混凝土抗含砂水流沖刷試驗(yàn)機(jī)

圖 4.1 氯離子侵蝕深度示意圖分別為富鐵PAC在干濕循環(huán)與氯鹽侵蝕的耦合作用下和Dmax 與平均侵蝕深度 Dave。從圖中看出富鐵 PAC 侵蝕Dave 一致。15202530Depthmax mmPAC(immersion)PAC(wetting-drying cycle)

養(yǎng)護(hù)齡期28d時(shí)水化樣SEM圖

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2831420