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抗氯盐硅酸盐水泥级配与组成优化研究

作　者: 郭锴
导　师: 杨医博
学　校: 华南理工大学
专　业: 结构工程
关键词: 石灰石粉抗氯盐硅酸盐水泥颗粒级配组成抗氯离子性能
分类号: TU528
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

在氯盐环境下，氯离子是影响钢筋混凝土结构耐久性的主要原因。由于抗氯盐高性能混凝土具备良好的抗氯离子性能，在实际工程中得到广泛的应用。目前抗氯盐高性能混凝土的主要措施是采用低水胶比、大量矿物掺合料，一般采用硅酸盐水泥和矿物掺合料复掺的方式在搅拌站或工地拌合楼进行生产。这需要在建设前期进行大量的室内试验优选胶凝材料组成，费时费力；由于采用这种方法要求施工部门同时采购多种原材料，施工过程控制困难，难以保证抗氯盐高性能混凝土的质量；而且在低水胶比情况下，混凝土中胶凝材料用量较大，大体积混凝土的温度变形问题突出。为了解决上述问题，近年来已有少量重点工程采用专用水泥方式进行生产，但主要是将胶凝材料制备地点转移，并未对其颗粒级配和组成进行优化。本文对抗氯盐硅酸盐水泥的颗粒级配和组成进行了优化研究。首先以惰性材料石灰石粉作为模拟材料，按不同的比例掺加不同细度石灰石粉，以堆积空隙率、湿空隙率和流动性能来共同评价石灰石粉的颗粒级配，对颗粒级配的优化规律进行研究。进一步根据该规律对抗氯盐硅酸盐水泥的颗粒级配进行优化，最后对颗粒级配优化后的抗氯盐硅酸盐水泥的组成进行优化研究。在本实验条件下，得到研究结论如下：（1）通过对不同粒径组成的石灰石粉空隙率和流动性能进行分析，得到适用于石灰石粉较优颗粒级配的“基准筛析曲线”。（2）利用石灰石粉颗粒级配的规律，通过在硅酸盐水泥中掺加矿渣、粉煤灰、超细粉（微珠、硅灰、WS、NS）等混合材料，根据较低空隙率和较高流动性，对抗氯盐硅酸盐水泥的颗粒级配进行优化研究。得到粉煤灰的较佳掺量在15%～30%，矿渣的较佳掺量在30%～50%，超细粉的较佳掺量<15%。（3）对石灰石粉“基准筛析曲线”进行修正后得到抗氯盐硅酸盐水泥的“基准筛析曲线”，按是否掺入矿渣分为两种体系，得到掺加矿渣体系（硅酸盐水泥-矿渣体系、硅酸盐水泥-粉煤灰-矿渣体系、硅酸盐水泥-矿渣-超细粉体系）和未掺加矿渣体系（硅酸盐水泥-粉煤灰体系、硅酸盐水泥-超细粉体系、硅酸盐水泥-粉煤灰-超细粉体系）的“基准筛析曲线”。（4）在颗粒级配优化的基础上，对抗氯盐硅酸盐水泥组成进行优化研究，通过复掺超细粉大幅提高了抗氯盐硅酸盐水泥的抗氯离子性能。复掺超细粉后有“超叠加效应”，对强度性能影响不大，但可大幅度提高抗氯离子性能，最大能提高50%。超细粉存在最佳掺量，微珠、WS的最佳掺量为7%；硅灰掺量3%～7%之间时，最佳掺量为7%。

全文目录

摘要  5-7
ABSTRACT  7-9
目录  9-13
第一章绪论  13-27
  1.1 研究背景  13-16
    1.1.1 氯盐引起的混凝土结构耐久性问题  13-14
    1.1.2 提高混凝土结构抗氯盐性能的措施  14-16
  1.2 抗氯盐硅酸盐水泥的研究进展和评价方法  16-18
    1.2.1 抗氯盐硅酸盐水泥的研究进展  16-17
    1.2.2 抗氯盐硅酸盐水泥的性能评价方法  17-18
  1.3. 抗氯盐硅酸盐水泥颗粒级配与组成研究现状  18-25
    1.3.1 抗氯盐硅酸盐水泥颗粒级配理论研究  18-20
    1.3.2 抗氯盐硅酸盐水泥组成研究  20-24
    1.3.3 抗氯盐硅酸盐水泥级配与组成未解决的问题  24-25
  1.4 本文主要研究内容  25-27
第二章原材料和试验方法  27-47
  2.1 原材料  27-30
    2.1.1 硅酸盐水泥  27
    2.1.2 石灰石粉  27-28
    2.1.3 粉煤灰  28
    2.1.4 矿渣  28-29
    2.1.5 硅灰  29
    2.1.6 微珠  29
    2.1.7 WS  29
    2.1.8 NS  29
    2.1.9 砂  29-30
    2.1.10 碎石  30
    2.1.11 减水剂  30
  2.2 试验方法  30-47
    2.2.1 密度  30-31
    2.2.2 颗粒分布测定  31
    2.2.3 原材料的混合  31-32
    2.2.4 堆积空隙率  32-33
    2.2.5 液塑限空隙率  33-35
    2.2.6 Marsh 流动时间  35-36
    2.2.7 石灰石粉的湿法空隙率  36-37
    2.2.8 标准稠度用水量、凝结时间  37
    2.2.9 水泥胶砂流动度  37-38
    2.2.10 水泥胶砂强度的测定  38-39
    2.2.11 混凝土拌合物和易性的测定  39-40
    2.2.12 混凝土强度的测定  40-41
    2.2.13 抗氯离子性能测试  41-44
    2.2.14 电镜试验  44-45
    2.2.15 压汞试验  45-47
第三章基于石灰石粉的颗粒级配优化研究  47-70
  3.1 石灰石粉颗粒分布及形貌分析  47-51
    3.1.1 石灰石粉颗粒分布分析  47-50
    3.1.2 石灰石粉颗粒形貌测定  50-51
  3.2 颗粒级配理论模型  51-54
    3.2.1 Horsfield 模型  51
    3.2.2 Fuller 分布的修正  51-53
    3.2.3 S.T 分布的修正  53-54
    3.2.4 石灰石粉“基准筛析曲线”  54
  3.3 石灰石粉单掺体系的颗粒级配优化研究  54-63
    3.3.1 试验方案  54
    3.3.2 试验结果与分析  54-63
  3.4 石灰石粉双掺体系的颗粒级配优化研究  63-68
    3.4.1 试验方案  63
    3.4.2 试验结果与分析  63-68
  3.5 本章小结  68-70
第四章抗氯盐硅酸盐水泥颗粒级配优化研究  70-103
  4.1 抗氯盐硅酸盐水泥颗粒分析  70-72
    4.1.1 抗氯盐硅酸盐水泥颗粒分布  70-71
    4.1.2 抗氯盐硅酸盐水泥组成颗粒形貌测定  71-72
  4.2 抗氯盐硅酸盐水泥“基准筛析曲线”  72-73
  4.3 单掺体系的颗粒级配优化研究  73-85
    4.3.1 硅酸盐水泥-粉煤灰、硅酸盐水泥-矿渣体系  73-77
    4.3.2 硅酸盐水泥-超细粉体系  77-85
    4.3.3 小结  85
  4.4 双掺体系的颗粒级配优化研究  85-102
    4.4.1 硅酸盐水泥-粉煤灰-矿渣体系  86-88
    4.4.2 硅酸盐水泥-粉煤灰-超细粉体系  88-93
    4.4.3 硅酸盐水泥-矿渣-超细粉体系  93-101
    4.4.4 小结  101-102
  4.5 本章小结  102-103
第五章抗氯盐硅酸盐水泥组成优化研究  103-134
  5.1 抗氯盐硅酸盐水泥配合比  103-107
    5.1.1 抗氯盐硅酸盐水泥配合比  103-104
    5.1.2 抗氯盐硅酸盐水泥级配分析  104-107
  5.2 组成对抗氯盐硅酸盐水泥性能的影响研究  107-119
    5.2.1 组成对标准稠度用水量和凝结时间的影响  107-109
    5.2.2 组成对堆积空隙率的影响  109-111
    5.2.3 组成对水泥胶砂流动度的影响  111-112
    5.2.4 组成对水泥胶砂强度的影响  112-116
    5.2.5 组成对水泥胶砂抗氯离子性能的影响  116-119
    5.2.6 小结  119
  5.3 组成对混凝土性能的影响研究  119-125
    5.3.1 混凝土配合比  120
    5.3.2 组成对混凝土强度的影响  120-122
    5.3.3 组成对混凝土抗氯离子性能的影响  122-125
  5.4 微观分析  125-133
    5.4.1 压汞分析  125-127
    5.4.2 电镜分析  127
    5.4.3 强度作用微观分析  127-130
    5.4.4 抗氯盐性能微观分析  130-133
  5.5 本章小结  133-134
结论及展望  134-136
  1. 研究结论  134-135
  2. 创新点  135
  3. 展望  135-136
参考文献  136-142
攻读硕士学位期间取得的研究成果  142-143
致谢  143-144
附件  144

抗氯盐硅酸盐水泥级配与组成优化研究

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