碱-矿渣混凝土缓凝技术研究

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碱矿渣混凝土因其制备工艺简单、节能环保,且具备较好的力学性能、耐久性能等优点,被认为是可能替代水泥的新型绿色材料。但由于其本身速凝特性,导致塑性时间过短,难以满足实际工程中的最低凝结时间要求。本文在分析国内外碱激发胶凝材料缓凝技术研究的基础上,以改善碱矿渣混凝土的速凝特性为目的,借鉴了现代制药业缓释制剂工艺。通过胶囊包裹、模具压片两种方法对一定比例的碱激发剂进行取代处理,从而降低碱激发剂的释放速率及进入基体的反应速率,达到延缓凝结时间的效果。为了探究两种缓凝方法在不同取代比例、不同尺寸下的性能表现,找到综合性能较好的试验组,本文主要分为宏观性能试验和微观分析试验两部分,具体研究如下:将碱激发剂Na2SiO3粉末的不同取代比例和尺寸大小作为设计参数,设置11个试验组,具体变量如下:取代比例变量取0%、20%、40%;胶囊壳尺寸(按含量):0.5g、1.0g、1.5g共三种,压片尺寸(按直径):6mm、12mm共两种。制备净浆浇筑了制作了282个40mm×40mm×160mm的棱柱体,36个40mm×40mm×40mm立方体体试件和33个直径100mm,高50mm的圆柱柱体试件进行宏观性能试验。根据微观试验要求制备了2-4mm颗粒及200目细度粉末的试样。研究表明:(1)两种缓凝方法对于延缓碱矿渣混凝土凝结时间都是有效的。应用两种处理方法,可控制材料的初凝时间在56-196min,终凝时间在115-319min。通过试验发现,取代比例越大,初、终凝时间及其间隔差越长,40%部分试验组的间隔差已过长,不符合使用要求。通过流动性能测定,发现试验各试验组流动度处在180-215mm之间,均具有良好的流动性。(2)通过不同龄期各试验组的抗折强度、抗压强度,并进行线性拟合分析。分析结论得出:两种缓凝方式均会对材料的力学性能有折减作用,且早期折减更明显。但相较于其他现有缓凝剂对碱激发胶凝材料的力学性能影响,本方法材料强度能在后期充分发展,对材料的力学性能的不利影响更小。(3)通过耐久性能试验(净浆干燥收缩、抗碳化、抗Cl-渗透、自修补性能)发现,两种方法都具有一定的内养护性能,压片的扩散方式决定了其效果更好;胶囊由于本身削弱较多,因而负面影响大过了其本身的自修补作用。同时,试件内部结构的密实性直接决定了其耐久性能的优劣,各个性能的变化整体是趋同的。(4)通过微观分析方法(超景深三维显微镜、SEM、EDS、FTIR),结合宏观性能试验数据对比分析研究,从试验组样品形貌、微区元素含量、水化产物变化等角度进行了分析。研究表明压片缓凝方法的长期性能最好,基体更加致密,凝胶产物分布更为均匀。本文在试验的探究基础上,通过宏、微观对比分析,综合评价了各试验组综合性能,较为合理地阐释了所用物理缓凝方法的作用流程及原理。从工程应用的角度出发,分析认为大尺寸压片组(直径12mm,高度3mm)在20%取代比例下综合表现性能最佳。
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