盐湖环境对碱激发混凝土强度和孔结构的影响.pdf

2 0 1 5年第 6期 总 第 3 0 8 期 N u mb e r 6 i n 2 0 1 5 T o t a l N o ． 3 0 8 混 凝 土 Co nc r e t e 理论研究 THE0RET I CAL RES EARCH d o i 1 0 ． 3 9 6 9 0 ． i s s n ． 1 0 0 2 - 3 5 5 0 ． 2 0 1 5 ． 0 6 ． 0 0 3 盐湖环境对碱激发混凝 土强度 和孔结构 的影响 宋强。李婷。张肖燕 西安建筑科技大学 材料与矿资学院， 陕西 西安 7 1 0 0 5 5 摘要 为阐明碱激发混凝土在盐湖环境下的强度发展规律 ， 对 比研究了在清水和模拟盐湖环境 中， N a O H和 K O H激发矿渣水 泥混凝土强度发展和微观结构的变化 。 试验结果表明 养护于清水和盐湖溶液中的碱激发矿渣混凝土强度分别在 N a O H和 K O H 掺量为5 ％和8 ％ 时具有最高的抗压强度。 盐湖养护细化了混凝土中小于 1 0 0 a m的孔结构 ， 且对 K O H激发混凝土孑 L 结构细化效 果更为明显。 混凝土 中的孔含量随着龄期逐渐降低 ， 养护于盐湖溶液 中的混凝土孔含量随着龄期下降幅度更大 。 养护于盐湖溶 液中的 N a O H激发矿渣混凝土中出现了 N a C I 晶体 ， N a C 1 晶体是盐湖溶液中 c 1 一 和 Na O H溶解出的 N a 离子结合的产物， 并随 着水化进行不断长大。 养护在清水中 N a O H激发混凝土和养护在清水和盐湖 中的 K O H激发混凝土均 出现了方解石晶体相。 养 护于盐湖溶液的混凝土界面过渡区的裂纹比清水养护的试样裂纹宽度更细。 关键词 碱激发矿渣 ； 盐湖环境； 抗压强度； 孔结构 中图分类号 T U 5 2 8 ． 0 1 文献标志码 A 文章编号 1 0 0 2 3 5 5 0 2 0 1 5 0 6 0 0 0 9 0 4 E ffe c t o f b i t t e r n e n v i r o nme n t o n s t r e n g t h a n d p o r e s t r u c t u re o f a l k a l i a c t i v a t e d c o n c ret e S O NG O j a n g， L I T i n g， Z HA NG Xi a o y a n Co l l e g e o f Ma t e r i a l s a n d Mi n e r a l Re s o u r c e s ， Xi a n Un i v e r s i t y o f A r c h i t e c t u r e a n d Te c h n o l o g y ， Xi a n 7 1 0 0 5 5 ， Ch i n a Ab s t r a c t F o r e x p l o r i n g t h e s tr e n g t h e v o l u ti o n o f a l k a l i a c ti v a t e d s l a g A A S c o n c r e t e i n s a l t l a k e e n v i r o n me n t ， a c o mp a r a t i v e s t u d y o f s t r e ng t h a n d mi c r o s t r u c t u r e s o f N a 0H a n d KOH a c t i v a t e d s l a g c o n c r e t e i mm e r s e d i n f r e s h a n d a r t i fic i a l b i t t e r n s o l u t i o n wa s c o nd u c t e d． The e x p e rime n t a l r e s u l t s s h o w t h a t t h e AAS c o nc r e t e i S a c tiv a t e d b v 5％Na OH a n d 8 ％KOH e x h i b i t s e x c e l l e n t c o mp r e s s i v e s t r e n g th i n fre s h wa t e r a n d b i t t e r n s o l u ti o n． P o r e s mall e r tha n 1 0 0 n m i s r e f i n e d b y b i t t e r n s olut i o n． a n d the r e f i ne me n t e f f e c t o n KOH a c t i v a t e d s l a g c o n c r e t e i s mo r e r e ma r k a b l e tha n o n Na 0H a c t i v a t e d s l a g c o n c r e t e ． P o r e c o nt e n t o f c o n c r e t e s d e c r e a s e s wi t h the a g e． a n d the s c o pe o f t h e d e c r e a s e f o r c o n c r e t e c u r e d i n b i t t e r n s o l u t i on i S g r e a t e r tha n c u r e d i n fle s h wa t e r ． Na Cl c rys t a l c a n b e o b s e r ve d i n Na OH a c t i v a t e d c o n c r e t e c u r e d i n b i t t e rn s o l u t i o n． a n d t h i s i s r e s ul t s o f c r ys t a l l i z a ti o n o f Cl f r o m b i t t e rn s o l uti o n a n d Na o rig i n a t e d f r o m a c tiv a t o r ． Th e s i z e o f Na CI c r y s t al p a r t i c l e s g r a d u a l l y i n c r e a s e wi th the h y d r a t i o n ． So me o f c a l c i t e c rys t a l s ha v e als o b e e n d e t e c t e d i n KOH a c t i v a t e d c o n c r e t e c u r e d i n b i t t e rn s o l uti o n o r i n f r es h wa t e r． b u t o n l y i n Na OH a c tiv a t e d c o n c r e t e c u r e d i n f r e s h wa t e r ． AU c o n c r e t e di s p l a y mi c r o ． c r a c ks i n i n t e r r a c i a l a g g r e g a t ep a s t e z o n e ． Howe v e r ， the c r a c k wi d t h i n c o n c r e t e c u r e d i n bi t t e rn s o l u t i o n s ma l l e r t h a n t h a t i n c on c r e t e c u r e d i n f r e s h wa t e r ． Key wor ds alk alia c tiv a t e d s l a g； b i tt e rn e n v i r o n me n t ； c o mp r e s s i ve s tre n g th ； p o r e s t r u c t ur e 0 引言 中国是一个多盐湖国家， 有 l 0 0 0多个盐湖。 盐湖富 集多种盐类 ， 是重要的矿产资源。 然而在盐湖环境 中， 水泥 混凝土受到严重腐蚀 ， 钢筋混凝土构件 3 5年甚 至 1 年 即 遭破坏， 给工程建设带来了一系列的问题⋯。 盐湖地区水 泥混凝 土力学性能和耐久性 也因此受到工程界 的长期关 注和研究 。目 前对于处于盐湖环境 中的主要研究对象 仍以传统硅酸盐水泥混凝土为主， 余红发等人系统研究了 硅酸盐水 泥混 凝 土在 盐湖 环 境 中的性 能 退化 过 程与 机 理” ， 涉及混凝土碳化 、 氯离子扩散 、 硫酸盐侵蚀 、 抗冻 性等多个方面。 碱激发材料与传统硅酸盐混凝土在水化过程、 水化产 物方面存在很大差异 ， 碱激发材料在耐化学侵蚀方面展示 出突出 的性 能 ， 但 当前 的研 究 主要 考 虑 单 一 侵 蚀 溶 液 或低浓度混合溶液 对材料性能的影响， 盐湖高 浓度混合溶液对 碱激发混凝土力学性 能和微观结构 的研 究很少 。 本试验通过研究碱激发材料在盐湖溶液 中的强度 变化过程和微观结构 ， 以期为碱激 发材料在抗盐湖侵蚀方 面提供试验基础 。 1 试 验 1 ． 1 试验 原料 试验 用 高 炉 矿 渣 来 自 陕 西 龙 钢 公 司 ， 比 表 面 积 4 5 0 r n ／ k g ， 化学 成 分 见 表 1 。 试 验 用 砂 子 为 中砂 ， 细 度 模 数 2 ． 7 ， 试验 用石 子为 石灰岩 碎石 ， 粒径5 ～ 2 0 I n m。 分 收稿 日期 2 0 1 4 一 o 9 0 7 基金项目 国家重点基础研究发展 9 7 3 计划 2 O 1 2 c B 7 2 3 3 0 2 ； 陕西省自然科a 2 0 1 2 J M 6 0 0 6 9 表 1 矿 渣化 学成分 ％ 析纯氢氧化 钠 N a O H 和 氢 氧 化 钾 K O H 为 碱 性 激 发剂。 1 ． 2试验 方 法 试验用人工配制的溶液模拟察尔汗盐湖 卤水 ， 溶液化 学成分见表 2 。 碱激发混凝土水灰 比为 0 ． 4 ， 激发剂含量按 照矿渣质量 5 ％、 8 ％、 1 1 ％、 1 4 ％确定 ， 混凝土配合 比见表 3 。 混凝土的成型 ， 养护和抗压强度试验按 照普通混凝土试验 规范进行 。 试样标准养护 7 d后 ， 将各 配合 比的试块均分 为两组 ， 分 别养 护于清 水 和模拟 盐 湖溶液 至 1 4 、 2 8 、 9 0 、 3 6 5 d 测定抗压强度。 压汞试验和 S E M 观察采用表 3中配 合 比 昆 凝土剥离掉粗骨料后的砂浆进行测试 。 美 国 F E I 公 司生产 的 Q u a n t a 2 0 0型扫描 电子显微镜进行试件 断面形 貌观察 ， 采用 A u t o p e r e 9 5 0 0压汞 仪进行砂浆试 件孔分 布 分析． 表 2 人工配制的模拟卤水离子浓度 g ／ L 2 结果分析和讨论 2 ． 1 激发剂的掺量与养护环境对 A A S混凝土力学 性 能 的 影 响 养护于清水和盐湖溶液中的混凝 土各龄期抗压强度 如图 l N a O H激发 和图2 K O H激发 所示 。 在清水 中养 护的 N a O H激发矿渣混凝土强度结果表 明， 在一年龄期 内 材料 的力学性能基本随碱激发剂含量的增加而降低 。 早期 强度 因激发剂含量 引起的强度差异较大 ， 但较高激 发剂含 量的试样 强度 随 着龄 期增 长 迅速 ， 到 3 6 5 d时 8 ％， 1 l ％ N a O H掺量的试样强度接 近 5 ％掺量的试样强度 。 置 于模 拟盐湖溶液中养护 的碱激发 混凝 土强度普遍高于清水养 护的试样的强度。 与清水养护试验结果相似 ， 养护 于盐湖 溶液中的不同激发剂含量混凝 土试 样后期强度差异小 于 早期强度差异 。 养护于清水和盐湖 中的氢氧化钾激发 矿渣混凝土 的 力学性能结果显示 ， 氢氧化钾掺量 8 ％的试样强度最高。 在 一 年龄期内， 盐湖溶液显著提高了混凝土的抗压强度。 2 ． 2 碱激发矿渣混凝土在清水和盐湖溶液 中的孔 结 构 } 昆 凝土作为一种多孔性材料 ， 其力学性能受孔结构影 响很大。 图 3给 出 了 N a O H 和 K O H 掺 量 分 别 为 5 ％和 1 1 ％养护于清水 和盐湖溶液 的碱激发 混凝土 9 0 d孔分 布 ． 1 0 ． 试验结果。 从孔分布试验结果可 以看 出， 盐湖养护显著 细 化了混凝 土 的孔 分 布。 N a O H 激 发 矿 渣 混凝 土 中小 于 1 0 0 n m的孔含量有所降低 。 盐湖溶液 对 K O H激发混凝土 小 于 1 0 0 n m孔分布细化效果更为 明显 。 45 40 35 ．薹 s 。 器 s 堰 2 O 1 5 1 0 1 4 2 8 9 0 3 6 5 龄期 ， d f a 清水养 护 7 1 4 28 9 O 3 6 5 龄期， d f b 盐湖养护 图 1 Na OH激 发矿渣 混凝 土抗压 强度 50 ≈ 45 塞 4 0 嚣 3 5 要 3 0 25 2O 1 4 28 90 365 龄期， d f a 清 水养护 ， l 4 Z U jO， 龄期／ d f b 盐湖养护 图2 K OH激发矿渣混凝土抗压强度 吴中伟按孔径对强度 的不同影 响， 将混凝 土中的孔分 为 2 0 0 n m 的多害孔 ， 1 0 0 2 0 0 n m 的有害孔 ， 2 0 ～1 0 0 n m 的少害孔和 2 0 n m 的无害孔 。 图 4 、 5分别给出了2 8 d 和 3 6 5 d 时 ， N a O H和 K O H激发矿渣混凝土大于 1 0 n m孔 分 布。 从 图中可以看出置于清水和盐湖溶液中的碱激发混 如 加 m 、 想 ∞ ∞ 如 加 苫、 酲