【摘 要】
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海工混凝土是我国发展海洋经济的重要基础支撑。在南海远洋环境下利用死体珊瑚废弃物制备混凝土将有效解决工程建设中存在的骨料紧缺问题。尽管珊瑚骨料缓解了海洋工程对骨料的巨大需求,但其表面粗糙多孔,形状特征复杂,筒压强度较低,严重限制了珊瑚混凝土的性能。虽然使用矿物掺合料、纤维增韧和外加剂技术可大幅增加珊瑚混凝土的强度及韧性,但并没有完全解决制约珊瑚混凝土强度的问题。课题组在研究过程中发现,处理珊瑚骨料的
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海工混凝土是我国发展海洋经济的重要基础支撑。在南海远洋环境下利用死体珊瑚废弃物制备混凝土将有效解决工程建设中存在的骨料紧缺问题。尽管珊瑚骨料缓解了海洋工程对骨料的巨大需求,但其表面粗糙多孔,形状特征复杂,筒压强度较低,严重限制了珊瑚混凝土的性能。虽然使用矿物掺合料、纤维增韧和外加剂技术可大幅增加珊瑚混凝土的强度及韧性,但并没有完全解决制约珊瑚混凝土强度的问题。课题组在研究过程中发现,处理珊瑚骨料的表面软弱层(生成龄期较短的浅表层)、附着物(如泥沙、海藻)并改善其多孔特性也是实现珊瑚混凝土高性能化的有效途径。另一方面,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,珊瑚骨料特性也导致混凝土界面过渡区薄弱,造成水泥基珊瑚混凝土强度较低且抗蚀性较差。本文将新型胶凝材料碱式硫酸镁水泥与珊瑚骨料复合,通过优化珊瑚砂级配、调整碱式硫酸镁水泥基珊瑚砂浆配比参数,探索珊瑚骨料的高效改性处理方式,制备出具有良好力学性能及抗侵蚀性能的碱式硫酸镁水泥基全珊瑚混凝土。本文取得的主要结论如下:(1)使用柠檬酸处理珊瑚骨料,可有效去除珊瑚骨料的表面软弱层和孔隙内的附着物,改善了骨料与胶凝材料的界面结合能力,珊瑚骨料裹浆处理可显著降低珊瑚骨料的孔隙率、提升其强度。柠檬酸处理珊瑚骨料的最佳工艺参数为1%浓度和40min浸泡时间,碱式硫酸镁水泥裹浆材料的组成为α-Mg O:七水硫酸镁:水为1.5:1:1时处理效果最好。使用改性珊瑚骨料可制成高折压比的碱式硫酸镁水泥基珊瑚混凝土,其28d抗折、抗压强度达到15.2MPa和64.8MPa,与对照组相比其28d抗折、抗压强度分别提高了20.5%和31.8%,混凝土工作性能提升了35.3%。(2)合理的颗粒级配更易使珊瑚砂达到最紧密堆积的状态,增强碱式硫酸镁水泥基珊瑚砂浆的工作性能、力学性能并优化其孔隙结构,使珊瑚砂浆具有较好的综合性能。采用II1/2组珊瑚砂的颗粒级配可制成28d抗压强度超过70MPa,抗折强度超过12MPa的碱式硫酸镁水泥基珊瑚砂浆。建立了碱镁水泥基珊瑚砂浆抗折、抗压强度在摩尔比、胶砂比和外加剂掺量交互作用下的二阶响应曲面模型。合适的摩尔比(8.5-9.5)和砂胶比(如1.1-1.3)能使珊瑚砂浆具有较好的力学性能。采用优化后的的配比(摩尔比为8.5,砂胶比为1.2,外加剂掺量为1.8%)可使碱镁水泥基珊瑚砂浆的28d抗折、抗压强度达到13MPa和79MPa。(3)全浸泡在3.2%Na Cl、5%Na2SO4、5%Mg SO4和3.2%Na Cl+5%Mg SO4复合溶液四种侵蚀性溶液中120d后除Na2SO4组碱式硫酸镁水泥基全珊瑚混凝土的抗压抗蚀系数均高于0.8。半浸泡环境中各组试样浸泡区、结晶区及干燥区均无新物相生成。当侵蚀性溶液中含Na+及SO42-时,可造成与Na2SO4相似的侵蚀破坏效果。Na+在试样内部的迁移作用可能是造成试样表面劣化的主要原因,而Mg2+可能会促进碱式硫酸镁水泥的水化作用。使用改性珊瑚骨料后,半浸泡环境下各组试样液面以上部分的侵蚀性产物明显减少,全浸泡环境中各组试样的抗压抗蚀系数均高于0.85且抗压强度均有20%以上的提升,显著增强了碱式硫酸镁水泥基全珊瑚混凝土在侵蚀环境中的耐久性。
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