高性能矿物掺合料的制备与性能研究

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1、摘要本研究以武广客运专线项目为背景，以解决目前轨枕混凝土使用矿物掺合料后早期强度偏低的问题为目的。根据不同矿物掺合料的组成及结构特点，对原材料进行了优选，系统地探讨了不同矿物掺合料在水泥基材料中作用机理；通过对矿物掺合料进行复掺研究、机械粉磨、化学活化等手段，制备出需水量少、早期强度比高、在水泥体系中放热少、有利于水泥或混凝土体积稳定性、改善混凝土耐久性的高性能矿物掺合料；最后进行成本优化，并将优化后的高性能矿物掺合料应用于工程实际中，取得了良好的效果。大量的试验结果表明：1)矿物掺合料总掺量为10％时，粉煤灰与矿粉复合作用最优比例为6：4，硅灰与偏高岭土复合作用最

2、优配比为5：5，分别在适当的比例下，产生活性明显高于各自单掺的“超叠效应"，将K0粉磨到比表面积578m2／kg后，其活性指数值最高，在其中复掺20％的GO后，微填充及叠加效应得到充分发挥。2)硫酸钠和乙酸钙与矿物掺合料在水泥体系中的复合作用较优，两者均在2％掺量条件下1d及28d活性指数值有较大提高。3)矿粉与粉煤灰以适当比例复掺并粉磨到适宜的比表面积后，不仅水化温升最高峰提前，且水化速率也有一定提高；K3与GO复掺后，水化性能进一步提升；经过化学活化处理的J7试样，其水化速率明显提高，水化温升峰也明显提前。4)矿物掺合料的掺入均能改善水泥砂浆干缩性能、提高水泥混

3、凝土耐久性、改善混凝土内部孔结构。改性后的高性能矿物掺合料的改善作用尤为明显。5)经过矿物掺合料之间的复掺研究、机械粉磨、化学活化等手段对矿物掺合料进行改性，并得到了一系列不仅具有早强性能且对混凝土耐久性有改善作用的高性能矿物掺合料。对制备得到的一系列高性能矿物掺合料进行后期成本优化，最终选定了性价比较优的L2作为轨枕混凝土的原材料，并成功应用于武广高铁工程中。关键词：高性能矿物掺合料；早强剂；作用机理；水化放热性能；干缩性能；耐久性；轨枕混凝土AbstractThepresentpaperaimsatenhancingearlystrengthconsiderin

4、gmineraladmixtm'esadditioninconcretesleeperbasedonWuhan·Guangzhoupassengertransportationlineproject．Thecompositionandstructurecharacteristicsofdifferentmineraladmixturesareanalyzedfortheoptimumrawmaterials．Functionmechanismsofdifferentmineraladmixturesincementaresystematicallyinvestiga

5、ted．Technicalwaysincludingcombinedadmixture，grindingandchemicalactivationareemployedtopreparethemineraladmixtureconsideringtheperformanceoflowwaterrequirement，highearlystrengthandlowheatoutput．Furthermore，itenhancesthevolumestabilityanddurabilityofconcrete．Finally,aftercostoptimization

6、，thehighperformancemineraladmixturesachievegoodeffectinpracticalprojects．Basedontheresultsobtainedinthisstudy,ithasbeenshownasfollowing．1)Whenmineraladmixtureisaddedatlevelof10％，flyashandmineralpowderhavetheoptimalcompoundfunctionwiththeratioproportionof6：4whilesilicafumeandmetakaolini

7、s5：5．Themineraladmixturewithspecificsurfaceareaof578m2／kghasthehighestactivityindex．Micro-packingeffectandover-superimposedeffectcanbefullydevelopedwithGOadditionatlevelof20％．2、Activityindexatldand28darewellimprovedwithadditionatlevelof2％duetogoodcompoundeffectbet、ⅣeenSodiumsulphate，