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活性混合材料抑制混凝土碱硅酸反应的机理

作　者: 王荃
导　师: 詹炳根
学　校: 合肥工业大学
专　业: 结构工程
关键词: 碱-硅酸反应活性混合材界面过渡区机理
分类号: TU528.45
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

研究表明活性混合材对碱硅酸反应（ASR）有很好的抑制作用,但对其抑制机理的研究还需要深入探讨。ASR发生在水泥石与骨料的界面过渡区,而界面过渡区是混凝土的薄弱环节。本文从界面过渡区的组成和变化探讨活性混合材抑制ASR的作用机理。选取沸石化珍珠岩作为骨料,掺入超细粉煤灰、硅灰和超细矿粉,同时外掺不同比例的KOH和NaCl成型混凝土试件。待其养护到28d时,采用SEM分析界面过渡区的组成和结构的变化,采用SEM-BSE观察孔结构和垂直于界面方向的元素分布情况。并对相应的砂浆棒膨胀率和孔溶液的成分变化进行测量。研究结果表明,对于KOH和NaCl环境下内掺混合材混凝土的ITZ具有以下特点:超细粉煤灰和硅灰对界面区的结构和组成都有着很好的改善,都使界面区的凝胶的Ca/Si明显降低,高掺量的试件界面区结构和形貌要以及凝胶的Ca/Si比低掺量试件优良。其中,掺入20%硅灰的试件的界面过渡区表现出来的各项性能最为优秀。内掺矿粉的试件的界面区的凝胶的Ca/Si也有所降低,但不如掺入硅灰和粉煤灰的试件。而且内掺矿粉的试件的界面区出现大量的CH晶体,即便矿粉掺量高达40%时,依然有很多CH。掺入粉煤灰和硅灰试样的孔溶液中的Ca²⁺、K⁺和Na⁺的浓度都有降低的趋势,唯独掺矿粉的试件的孔溶液的Ca²⁺、K⁺和Na⁺浓度变大。掺入混合材的砂浆棒的膨胀率较对比样要小得多。掺入混合材使界面过渡区的结构与组成明显改善,由此提出活性混合材抑制ASR的机理。活性混合材的掺入使界面过渡区的更加致密,减小了界面过渡区的孔径和孔隙率。孔径细小的孔比表面积大,更易吸附碱,在水化初期降低了碱与活性骨料接触的机会。界面过渡区的二次火山灰反应消耗大量的CH,并生成了大量的低Ca/Si比C-S-H凝胶,固化了孔溶液中的碱,减少了活性骨料与碱的反应机会。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-8
致谢  8-15
第1章绪论  15-27
  1.1 研究目的与意义  15-16
    1.1.1 混凝土耐久性对建筑业可持续发展的影响  15
    1.1.2 碱集料反应是影响混凝土耐久性的关键因素  15-16
    1.1.3 活性混合材料对混凝土ASR 耐久性具有重要影响  16
  1.2 国内外研究现状  16-25
    1.2.1 有关碱集料反应研究现状  16-25
  1.3 目前研究中存在的问题  25-26
  1.4 本文研究内容  26-27
第2章原材料与试验方法  27-35
  2.1 原材料基本参数  27-29
  2.2 试验方案  29-31
    2.2.1 试验方案设计  29-31
    2.2.2 试件的成型方法  31
  2.3 测孔原理  31-33
    2.3.1 图像采集  32
    2.3.2 图像预处理  32-33
    2.3.3 图像识别  33
    2.3.4 图像测量  33
  2.4 试验方法及设备  33-35
    2.4.1 SEM  33-34
    2.4.2 SEM-BSE  34
    2.4.3 主要仪器设备及参数  34-35
第3章活性混合材对界面过渡区的形貌与混凝土膨胀值及孔溶液的影响  35-77
  3.1 内掺活性混合材对不同KOH 掺量的潜在ASR 混凝土形貌的影响  35-57
    3.1.1 超细粉煤灰掺量对不同KOH 掺量混凝土形貌的影响  35-44
    3.1.2 内掺硅灰掺量对不同KOH 掺量混凝土形貌的影响  44-51
    3.1.3 内掺超细矿粉掺量对不同KOH 掺量混凝土形貌的影响  51-57
  3.2 碱环境下内掺混合材对砂浆棒膨胀值和孔溶液的影响  57-59
  3.3 内掺活性混合材对不同NaCl 掺量的潜在ASR 混凝土形貌的影响  59-72
    3.3.1 超细粉煤灰掺量对不同NaCl 掺量混凝土形貌的影响  59-65
    3.3.2 硅灰掺量对不同NaCl 掺量混凝土形貌的影响  65-69
    3.3.3 超细矿粉掺量对不同NaCl 掺量混凝土形貌的影响  69-72
  3.4 盐环境下内掺混合材对砂浆棒膨胀值和孔溶液的影响  72-75
  3.5 本章小结  75-77
第4章活性混合材对混凝土界面过渡区元素分布和孔结构的影响  77-106
  4.1 混凝土中的元素分布  77-78
    4.1.1 水泥混凝土的元素分布过程  77-78
    4.1.2 元素分布对混凝土耐久性的影响  78
  4.2 混合材对不同 KOH 掺量的潜在ASR 混凝土界面过渡区元素分布的影响  78-90
    4.2.1 粉煤灰掺量对不同KOH 掺量混凝土元素分布的影响  78-83
    4.2.2 硅灰掺量对不同KOH 掺量混凝土元素分布的影响  83-87
    4.2.3 矿粉掺量对不同KOH 掺量混凝土元素分布的影响  87-90
  4.3 混合材对不同 NaCl 掺量的潜在ASR 混凝土界面过渡区元素分布的影响  90-98
    4.3.1 粉煤灰掺量对不同NaCl 掺量混凝土元素分布的影响  90-93
    4.3.2 硅灰掺量对不同NaCl 掺量混凝土元素分布的影响  93-96
    4.3.3 矿粉掺量对不同NaCl 掺量混凝土元素分布的影响  96-98
  4.4 混合材对界面区孔结构的影响  98-105
    4.4.1 KOH 环境下混合材对界面过渡区孔结构的影响  100-103
    4.4.2 NaCl 环境下混合材对界面过渡区孔结构的影响  103-105
  4.5 本章小结  105-106
第5章活性混合材抑制ASR 的机理分析  106-110
  5.1 界面过渡区的结构与组成对ASR 的影响  106
  5.2 低Ca/Si 的C-S-H 凝胶在抑制ASR 中的作用  106-107
  5.3 活性混合材的持碱机制  107-108
    5.3.1 活性混合材的物理吸附作用  107
    5.3.2 低Ca/Si 的C-S-H 凝胶的持碱机制分析  107-108
  5.4 混合材抑制ASR 的机理  108-110
第6章研究结论及展望  110-112
  6.1 结论  110-111
  6.2 展望  111
  6.3 本课题创新之处  111-112
参考文献  112-116

活性混合材料抑制混凝土碱硅酸反应的机理

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