碱激发复合渣体（aaw）混凝土性能的研究

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1、中文摘要摘要水泥混凝土作为最大宗的人造结构材料，资源、能源和环境问题突出，随着水泥和混凝土用量的增加，对资源、能源的消耗及对地球环境的影响也非常惊人，传统水泥生产时，原生资源消耗大，废气、粉尘排放量大，对环境造成严重的污染，如何使混凝土满足可持续发展的要求，和环境更好地协调，成为当今混凝土发展的目标。目前，工业渣体象粉煤灰，矿渣及锂渣等已作为水泥或混凝土中的掺合料。但是，将这些掺合料作为取代水泥的混合材，还不能完全发挥这些材料的性能。碱激发废弃材料是目前普遍研究的课题，和普通水泥混凝土相比，这些材料具有低水化热、高早强、高抗渗性及各种优异的耐久性。本研究对各种工业渣体

2、进行有效处理（主要通过化学激发和磨细处理），研究由碱激发矿渣、粉煤灰、锂渣、石粉及其复合渣体制备的碱激发复合渣体（Alkali-activatedwasteresiduecomposites，以下简称AAW）混凝土，从而为大量运用各种废渣提供途径，同时我们本着少用或不用水泥及水泥熟料的原则，一方面是为了保护环境，降低对环境的污染，另外也为充分发挥各种工业渣体的潜力，为最大地发挥其活性找到新方法。本文的主要研究成果总结如下：（1）以碱矿渣混凝土为基准组，掺入10%～30%的磨细锂渣时，混凝土的坍落度有所增大，对碱矿渣混凝土有一定的减水作用，当掺量为40%时，混凝土的坍落

3、度和未掺的基本相同；当粉煤灰的掺量为10%时，混凝土的坍落度增加最多，2流动性最好，当粉煤灰的细度为4900cm/g时，混凝土的坍落度最大。当石粉取代一部分矿渣时，掺量为5～10%时为最佳掺量，对碱矿渣混凝土流动性改善最大。掺入各种渣体的AAW混凝土没有泌水现象，且碱矿渣混凝土的泛碱现象也消除。（2）各种渣体与外加剂复合所制备的AAW混凝土的凝结时间合理，完全满足混凝土工程的需要。由于不同渣体的化学成分和矿物学成分不同，水化初期和碱激发剂所作用的速度不同，因而，不同渣体按不同比例复合时，对AAW混凝土凝结时间的影响也不同。（3）掺10～70%的锂渣能提高碱矿渣混凝土的

4、早期和后期强度，内掺10～50%或外掺5～15%的石粉也能提高碱矿渣混凝土的早期和后期强度，且外掺时，对混凝土的增强效果更明显。粉煤灰的掺入会降低碱矿渣混凝土早期强度，但能明显提高混凝土的后期强度，特别是28天以后，粉煤灰的活性充分发挥出来，有效地起到增强的作用。I重庆大学博士学位论文（4）制备AAW混凝土所用的胶结材用量低，不用水泥，在复合渣用量为3390kg/m的情况下，配制出28天抗压强度大于70MPa的高强混凝土。（5）建立了抗压、抗拉、抗折强度之间的数学模型表达公式，定量地探索了多元复合渣体混凝土的力学性状。AAW混凝土的抗压强度与抗拉强度之间的计算公式为：

5、f=0.0455f+1.443（31MPa≤fcu,J≤96.6MPa）,或：ts,Jcu,J0.6785f=0.2687f（用幂函数表示）；抗压强度和抗折强度计算公式为：ts,Jcu,J0.1946fcb,J=0.062fcu,J+4.67（30MPa≤fcu,J≤100MPa）或fcb,J=3.904fcu,J（用幂函数表示）；通过实验得出：AAW混凝土的拉压比变化在0.0512～0.089之间，60MPa以上的高强AAW混凝土的拉压比在0.0512～0.0807之间，平均为0.0632；AAW混凝土的折拉比为1.83～2.3，平均为2.002，抗折强度偏高，劈拉

6、强度偏低。（6）AAW混凝土有高的抗冻性，和碱矿渣混凝土相比，掺入30%粉煤灰后，抗冻性基本相当，当掺入30%锂渣后能提高碱矿渣混凝土的抗冻性。掺入引气剂对提高AAW混凝土的抗冻性起着非常重要的作用。（7）掺入30%的锂渣能显著提高碱矿渣混凝土的抗氯离子渗透性，28天时氯离子扩散系数降低将近50%，360天时，氯离子扩散系数降低66.7%。抗海水侵蚀实验表明，AAW混凝土抗海水侵蚀性优异，这对海工混凝土结构的运用有更高的价值，能开发出高抗海水侵蚀的新型混凝土材料。（8）粉煤灰、锂渣、石粉的比表面积大，对碱有吸附作用，能与碱发生化学反应，将碱金属离子紧密地结合到反应产物

7、中去，使可迁移碱数量减少，从而降低或抑制碱矿渣水泥的泛碱能力，实验结果表明，这些渣体的掺量超过50%时就能消除碱矿渣水泥的“泛霜”现象。因此，将磨细的粉煤灰、锂渣、石粉这些工业渣体替代一部分矿渣制备AAW混凝土是消除碱矿渣混凝土“泛霜”现象的有效方法。（9）AAW混凝土具有优异的抗化学侵蚀性能，能抵抗各种酸、碱、硫酸盐、海水等的侵蚀，这充分证明其可以用于露天、海水、地下环境中的桥梁、隧道、港口等基础设施工程。（10）AAW胶凝材料孔溶液pH值测定表明，掺入粉煤灰和锂渣后，混凝土的pH有不同程度的增大，但随着掺入比例的增大，pH值下降；石粉替代一部分矿