缓凝减缩型碱-矿渣再生混凝土基本性能研究

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近些年随着基础设施建设规模的不断推进,对水泥等建筑材料的需求日益增长,随之也产生了较为严重的环境问题。开展碱激发胶凝体系代替传统水泥胶凝体系,以及建筑垃圾资源化,是妥善解决上述环境问题的有效方法。因此,本文开展了以冶炼工业副产品高炉矿渣为主要基底的碱-矿渣混凝土试验研究,同时利用建筑垃圾作为天然砂石的替代品,对碱-矿渣再生混凝土的性能进行试验研究,主要研究内容如下:(1)针对碱-矿渣混凝土收缩过大等问题,提出了使用乳化食用油作为减缩剂的方法,以外加剂种类、掺量、混凝土水胶比作为研究参数,分析了乳化食用油对碱-矿渣混凝土性能的影响。宏观层面上研究了乳化食用油对碱-矿渣混凝土的凝结时间、自收缩、干燥收缩、碳化及力学性能等影响。结果显示,乳化食用油可大幅降低碱-矿渣混凝土的收缩,乳化废弃食用油减缩效果虽略低于乳化食用油,但对于材料性能降低幅度较小。微观层面上通过分析孔溶液表面张力试验结果,对乳化食用油改性机理进行了深入研究,结果表明,碱-矿渣混凝土中加入乳化食用油引发的皂化反应和生成的高级脂肪酸钙是降低碱-矿渣混凝土收缩的重要原因。(2)针对碱-矿渣混凝土凝结时间过快等问题,提出了基于缓释原理的碱-矿渣混凝土缓凝方法。将碱激发剂固态硅酸钠加工成胶囊型碱激发剂和片剂型碱激发剂,并部分取代固态硅酸钠以延长碱-矿渣混凝土的凝结时间。以胶囊和片剂的取代率、尺寸为研究参数,在宏观层面对凝结时间、强度、收缩、碳化性能等进行试验研究。结果显示,胶囊和片剂可大幅度延长碱-矿渣混凝土的凝结时间,且对碱-矿渣净浆具备一定的自修补功能,也对碱-矿渣净浆的收缩与碳化起到积极作用。结果表明,当片剂型碱激发剂取代率为20%、直径为12mm时,对碱-矿渣混凝土具备较好的改性效果。(3)分别利用高炉矿粉和再生骨料替代水泥和天然砂石,制备环境友好型碱-矿渣再生混凝土材料,此外还对其力学性能、干燥收缩、碳化等性能进行试验研究。结果表明,使用100%的再生粗、细骨料分别替代天然粗、细骨料时,对碱-矿渣混凝土的28天强度降低幅度分别为13.6%及21.0%。使用100%再生细骨料时,对碱-矿渣混凝土的28天干燥收缩及碳化相比使用天然骨料分别增长约5%及10%。再生骨料的使用虽然对碱-矿渣混凝土的力学性能和耐久性能略有降低,但是通过引入食用油减缩技术和碱激发剂缓释技术,明显提升了碱-矿渣再生混凝土的力学性能和耐久性能。此外,再生细骨料表面附着的旧浆体在早期对碱-矿渣再生混凝土具有碱补充作用,因此在早期可加快水化进度,提高碱-矿渣再生混凝土早期强度,促进了再生细骨料的资源化和高效利用。(4)基于本文提出的乳化废弃食用油减缩技术和片剂型碱激发剂缓释技术,将其应用于碱-矿渣再生混凝土中,并将碱-矿渣再生混凝土的力学性能和耐久性能与相同水胶比的普通硅酸盐水泥基混凝土进行对比分析。试验结果表明,双重技术的叠加使用可大幅度降低碱-矿渣再生混凝土的自收缩、干燥收缩和碳化深度,且对长期力学性能影响不大。优化后的碱-矿渣再生混凝土除抗碳化性能弱于水泥基混凝土外,其他方面性能均接近或优于水泥基混凝土。通过本课题研究可以得出,乳化废弃食用油减缩技术和片剂型碱激发剂缓释技术可大幅优化碱-矿渣再生混凝土的性能,为碱-矿渣再生混凝土在我国进一步的推广应用提供了技术支持。
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