地质聚合物基珊瑚混凝土的制备及性能研究

论文摘要

海洋工程混凝土是发展海洋经济的重要基础支撑。在南海远洋环境下利用珊瑚制备混凝土将有效解决工程建设中存在的骨料紧缺问题,然而珊瑚质轻多孔,表面粗糙且粘附附着物,孔隙中含有一定海洋中的盐分。珊瑚骨料的特性影响了混凝土工作性能、力学性能、体积稳定性及耐久性。且现有水泥基珊瑚混凝土因水泥水化产物在海洋环境下稳定性差,珊瑚骨料连通孔隙率大强度低,界面过渡区结构弱,故其抗蚀性差、强度低。本文主要利用新型胶凝材料地质聚合物与珊瑚骨料,通过优化地质聚合物配比参数及化学微腐蚀珊瑚骨料,制备出具有良好力学性能的地质聚合物基珊瑚混凝土。本文进行的主要工作和取得的主要结论:?珊瑚骨料的物理、化学特性及形态的数值表征（1）对珊瑚骨料的基本物理、化学特性进行了测定。珊瑚骨料为钙质骨料,矿物成分为文石;珊瑚骨料与碎石骨料相比具有独特的树枝状和棒状形貌,且其具有较强的吸水性（>12%）。珊瑚骨料内部孔隙结构大体可分为蚁穴、孔簇和核壳结构类型。采用IPP软件计算所得最大孔隙率在47%53%范围。（2）采用球度、棱角数、形态和组织构造指数对珊瑚骨料的形态进行了量化表征。珊瑚骨料的平均球度ψ分布范围在0.5-0.6;单粒级珊瑚骨料比同粒级石灰岩碎石的棱角数AN大2.4-3.0倍;同单粒级下,珊瑚骨料和石灰石骨料的形态和组织构造指数IAPST在31.634.3和18.619.6之间;提出了构造指数TI,4.75 mm16 mm及16 mm31.5mm粒径珊瑚骨料的TI分别为16.18和15.88,而石灰岩碎石骨料的仅为1.22和1.17,该指数能更好的适用于评价珊瑚骨料表面粗糙程度。?珊瑚骨料的化学微腐蚀及其性能研究（1）采用乙酸浓度及酸液浸泡时间变量条件对珊瑚骨料进行微腐蚀处理。随着乙酸浓度及浸泡时间的增加,珊瑚骨料的质量损失逐渐上升、珊瑚混凝土的抗折与抗压强度先增加后减小。在1%5%（C）质量分数乙酸浓度及3090min（T）浸泡时间条件下,珊瑚混凝土7d强度均在C3T60微腐蚀条件下出现最大值。相同浸泡时间下,C5T60相较于C3T60条件,其抗折、抗压强度分别出现15.4%和7.9%的降低;而同样浓度下,C3T90相较于C3T60处理条件,其抗折、抗压强度分别下降6.3%和6.8%。（2）对化学微处理珊瑚骨料的结构特性进行探究。乙酸浓度和浸泡时间的增加将增大珊瑚骨料内部的连通性及降低骨料的强度。珊瑚骨料酸处理的最佳参数为3%浓度、60min浸泡时间。?地质聚合物配合比参数选择及其性能研究（1）采用响应曲面优化设计法优化地质聚合物净浆的配合比参数。响应曲面法拟合矿渣掺量WSC、碱激发剂模数M和碱激发剂掺量RAS的二阶响应曲面模型精确合理,矿渣掺量和激发剂模数交互影响非常显著,地质聚合物净浆的抗压强度随着矿渣掺量的增加而增大、随着激发剂模数的增加而先增大后减小。（2）采用不同养护制度探究曲面端点及中心点处五组参数的性能变化。密封养护下试件具有比干燥养护更高的强度、更小的收缩及更少的开裂裂纹。综合考虑强度和收缩特点,确定性能优异的地质聚合物净浆配比:WSC为质量分数50%（粉煤灰/矿渣）的矿渣,M为1.4的改性水玻璃,RAS为质量分数50%掺量的激发剂,养护条件为密封养护。?地质聚合物基珊瑚混凝土的制备（1）采用最佳化学微腐蚀条件下珊瑚骨料及优化配比的地质聚合物制备混凝土。地质聚合物基珊瑚混凝土的搅拌步骤为:1)首先搅拌制备地质聚合物砂浆;2)然后珊瑚骨料分两次加入,第一次加入骨料后搅拌至呈现出良好的砂浆裹覆粗骨料的状态;3)再进行第二次加入,搅拌至混凝土出现较好的流动成型状态并成型。对于裹浆实验组,需对珊瑚骨料进行提前裹浆处理,再加入砂浆。（2）制备不同体积砂率下的地质聚合物基珊瑚混凝土。28天龄期下,随着体积砂率45%-54%的增加,混凝土的抗压强度先增加后降低。48%的体积砂率具有较合适的工作性,其3天和28天抗压强度分别为24.0 MPa和49.7MPa。（3）采用富余浆体系数、骨料裹浆、纤维增强的方法提升地质聚合物基珊瑚混凝土的抗压强度。三种提升技术的3天最大抗压强度分别达到39.0 MPa、35.0 MPa和42.0MPa;而在28天龄期时最大强度分别达到54.2MPa,65.1MPa和74.2 MPa。其中采用骨料裹浆及纤维增强方法制备的混凝土可达到C60强度等级标准。同时掺加纤维可提升地质聚合物基珊瑚混凝土的延性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
•   1.1 研究背景及意义
•   1.2 珊瑚混凝土的研究进展
•     1.2.1 珊瑚骨料的基本性能
•     1.2.2 珊瑚混凝土的国内外研究现状
•   1.3 地质聚合物的研究进展
•     1.3.1 地质聚合物的概念及分类
•     1.3.2 地质聚合物的性能
•     1.3.3 地质聚合物混凝土配合比设计发展
•   1.4 珊瑚混凝土存在的问题
•   1.5 研究内容及技术路线
•     1.5.1 研究内容
•     1.5.2 技术路线
• 第二章 珊瑚骨料的物理、化学特性及形态的数值表征
•   2.1 试验
•     2.1.1 原材料
•     2.1.2 样品制备
•     2.1.3 测试方法
•   2.2 珊瑚骨料的特性
•     2.2.1 珊瑚骨料的外形分类
•     2.2.2 珊瑚骨料的物理化学特性
•   2.3 珊瑚骨料的最大孔隙率及孔隙结构
•     2.3.1 最大孔隙率
•     2.3.2 蚁穴、孔簇及核壳孔隙结构
•   2.4 珊瑚骨料形态数值表征
•     2.4.1 珊瑚骨料的外形
•     2.4.2 珊瑚骨料的棱角
•     2.4.3 珊瑚骨料的表面组织构造
•   2.5 本章小结
• 第三章 珊瑚骨料的化学微腐蚀及其性能研究
•   3.1 试验
•     3.1.1 原材料
•     3.1.2 试验方法
•   3.2 骨料酸微腐蚀及改性处理方案
•     3.2.1 酸液浓度
•     3.2.2 酸液处理时间
•     3.2.3 骨料改性处理方案
•   3.3 化学微腐蚀对珊瑚骨料性能的影响
•     3.3.1 质量损失率与力学强度
•     3.3.2 外观及孔隙特征
•     3.3.3 物相分析
•     3.3.4 孔结构分析
•   3.4 骨料性能提升技术
•   3.5 本章小结
• 第四章 地质聚合物配合比参数选择及其性能研究
•   4.1 试验
•     4.1.1 原材料
•     4.1.2 响应曲面试验设计
•     4.1.3 测试方法
•   4.2 响应曲面法优化地质聚合物的制备参数
•     4.2.1 实验配比测试结果
•     4.2.2 建立二阶响应曲面模型
•     4.2.3 显著性检验
•     4.2.4 矿渣掺量-激发剂模数交互作用对地质聚合物强度的影响
•     4.2.5 矿渣掺量-激发剂掺量交互作用对地质聚合物强度的影响
•     4.2.6 碱激发剂的模数-掺量交互作用对地质聚合物强度的影响
•     4.2.7 配比参数选择
•   4.3 养护方式对地质聚合物性能、产物组成及微观结构的影响
•     4.3.1 抗压强度
•     4.3.2 质量变化
•     4.3.3 线性收缩
•     4.3.4 产物组成分析
•     4.3.5 微观结构分析
•   4.4 本章小结
• 第五章 地质聚合物基珊瑚混凝土的制备
•   5.1 试验
•     5.1.1 原材料
•     5.1.2 试件成型
•   5.2 地质聚合物砂浆配合比及性能
•     5.2.1 地聚物砂浆的配合比
•     5.2.2 地聚物砂浆的流动性
•     5.2.3 地聚物砂浆的抗压强度
•   5.3 地质聚合物基珊瑚混凝土的配合比及性能
•     5.3.1 地聚物混凝土的配合比
•     5.3.2 地聚物混凝土的工作性能
•     5.3.3 地聚物混凝土的抗压强度
•   5.4 地质聚合物基珊瑚混凝土性能提升技术
•     5.4.1 富浆系数、骨料裹浆及纤维增强
•     5.4.2 工作性能
•     5.4.3 抗压强度
•     5.4.4 荷载-变形曲线
•     5.4.5 回弹值
•     5.4.6 破坏特点
•     5.4.7 骨料-基体界面结构
•   5.5 本章小结
• 第六章 结论与展望
•   6.1 结论
•   6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介及读研期间主要科研成果

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 吕邦成

导师: 王爱国

关键词: 珊瑚骨料,化学微腐蚀,地质聚合物,响应曲面,混凝土

来源: 安徽建筑大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑,工程科技Ⅱ辑

专业: 海洋学,无机化工,建筑科学与工程

单位: 安徽建筑大学

基金: 国家自然科学基金(No:51778003),高性能土木工程材料国家重点实验室开放基金课题(No:2018CEM002)

分类号: P75;TU528

总页数: 119

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