大流动性混凝土抗碳化性能研究及配合比优化

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1、万方数据人流动性混凝土抗碳化性能研究及配合比优化1．1研究背景及意义第1章引言混凝土是当今世界上最主要的建筑材料，随着混凝土技术的发展，高效减水剂与矿物掺合料已经成为高性能混凝土必不可少的第五种和第六种组成材料。高效减水剂掺入，可以使新拌混凝土用水量显著降低，并能借助普通的施工设施浇筑和成型密实。冈此，高强混凝土、高性能混凝十、自密实混凝土、水下不分散混凝土和活性粉末混凝土等新品种不断涌现，进一步拓宽了混凝十材料在结构工程中的应用范剧11。据中国混凝土网不完全统计，2013年我国商品混凝土产量11．70亿立方米，较2012年同比增长了31．7％。由于钢筋混凝

2、土的大量使用，两种主要原材料水泥与钢材的生产导致资源、能源与环境问题十分突出。高浓度温室气体造成的气候变化已成为环境最大的威胁，而主要的温室气体是C02。在20世纪里，C02在地球周围环境的浓度上升了50％【lj。据统计，世界水泥工业排放CO，量占全球温室气体排放量的7％。矿物掺合料等量取代水泥掺入到混凝土中，减少水泥用量将是我们在满足国民生产生活需求下，尽量降低环境负荷的最佳选择【2J。矿物掺合料是指在配制混凝土过程中，直接掺入的具有一定活性矿物细粉材料，常用矿物掺合料包括粉煤灰、粒化高炉矿渣粉和硅灰等，在普通强度等级的商品混凝土中最常用的掺合料为粉煤灰和

3、矿粉。目前我国粉煤灰的年排放量近4亿吨，与发达国家相比，利用率和利用水平偏低。例如：荷兰的利用率为100％，Ⅱ平宁半岛意大利是92％，丹麦90％，法国75％，比利时73％，德国65％，英国粉煤灰利用率为46．2％，而我国粉煤灰的总和利用率约为45％左右。2011年我国高炉矿渣的排放量约为2．2亿吨，多用于生产矿渣水泥。磨细矿粉在水泥或混凝土中的掺加量则可达20％70％，一些欧洲国家甚至允许掺到85％。从1969年起，英国、德国等发达国家就开始了超细矿渣粉在混凝土中作为矿物掺合料的研究和应用，到了上世纪90年代，我国的超细矿渣粉研究与应用才INl习mJ起步。进

4、入21世纪，我国颁布了相关行业标准，但是综合利用率没有达到30％。在20世纪30---60年代，自从1业锅炉改为煤粉炉后，粉煤灰的排放量在逐年增加，人们开始了粉煤灰相关性质的研究：到了20世纪70年代，人们关于粉煤灰、矿渣等：r：业副产品二次利用的想法被广泛响应，进行了许多研究。到20世纪90年代，随着矿物掺合料制备技术的提高，矿物掺合料质量明显提高，并制定混凝土矿物掺合料相关标准和规范，对混凝土矿物掺合料生产和应用起到了促进作用。矿物掺合料具有三大功能效应：即形态效应、微细集料效应、化学活性效应。(1)形态效应：粉煤灰中特有“球形”颗粒，可以起到减水作用，

5、能够提高混凝土拌合物流动性；(2)微细集料效应：利用矿物掺合料颗粒填充到未水化水泥颗粒之间的空隙，提高混凝土密实度，改善混凝土孔结构，而且还起到辅助减水作用；万方数据河北农业大学非全

6、_=l制硕士专业学位论文(3)化学活性效应：矿物掺合料中的活性二氧化硅和三氧二铝与水泥水化产物Ca(OH)2反应生成了水化硅酸钙和水化铝酸钙，提高混凝土后期强度和界面粘结强度，同时改善混凝十耐久性。当今混凝土结构破坏的原因按重要性递降顺序排列是：钢筋腐蚀、寒冷气候下的冻害、侵蚀环境的物理化学作用【3J。钢筋锈蚀会降低钢筋混凝土结构(或构件)的承载能力、刚度和延性，甚至引起混凝土

7、保护层剥落和改变其破坏形态14J。混凝土碳化是引起钢筋锈蚀主要原冈之一，直接影响的混凝土结构使用寿命。如何提高混凝土抗碳化性能，对延长混凝土结构使用寿命重大意义。关于掺合料预拌混凝土抗碳化性能比较认可的观点是：一是矿物掺合料的掺入，混凝土早期密实度降低，另外其活性效应降低了混凝土液相碱度和碱储备。因此，加快了掺合料预拌混凝土碳化速度，碳化将进一步降低混凝土的碱度，加速钢筋锈蚀，显著降低钢筋混凝士结构的耐久性。二是矿物掺合料的微细集料效应和活性效应有效改善了混凝土的界面结构和浆体中的孔结构，提高混凝土密实度特别是后期密实度，使C02难以侵入混凝土内部，能够提高

8、混凝土的抗碳化性能。空气中的C02是引起混凝土碳化的主要原因之一。社会的工业化使得空气中C02浓度急剧上升。据报道19世纪中叶，大气中C02的平均浓度为280ppm，2005年已达到了379ppm，2006年全球大气中的C02的平均浓度为381．2ppm，比2005年已上升了0．53％。2008年的C02的平均浓度为394ppm，预计2090年浓度将达到1000ppm【41。可见，空气中C02浓度正呈现逐年上升的趋势。地球变暖和城市热岛效应使得混凝土建(构)筑物所处的环境温度升高，温度每升高l℃，碳化反应速度将提高2～4倍。因此，C02浓度的增加促进了钢筋混

9、凝土结构碳化反应速度，即加速了混凝土建(构)筑物的破