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富铁磷铝酸盐水泥抗侵蚀性能研究

2020-11-03 15:44 作者:18新利体育 点击:

  富铁磷铝酸盐水泥(PAC)是在磷铝酸盐水泥基础上发展的一种新型特种水泥,通过提高水泥熟料中Fe_2O_3的含量而具有煅烧温度低、早强高强等优点。本论文主要研究了富铁PAC及其在分别掺有石灰石粉、粉煤灰和石膏三种辅助胶凝材料条件下的抗氯离子渗透性、抗硫酸盐侵蚀性和抗冻性。利用XRD、SEM、MIP等测试方法对水泥硬化浆体的微观结构和形貌进行分析,阐明了水泥力学性能和抗侵蚀性能改善的原因。主要结论如下:(1)与硅酸盐水泥(OPC)和硫铝酸盐水泥(SAC)相比,富铁PAC具有更优异的抗侵蚀性能。OPC和SAC硬化浆体氯离子电通量测试结果分别为6000C和2800C,而富铁PAC仅为1100C;三种水泥在水化龄期为90d时抗硫酸盐侵蚀系数分别为0.84、1.31和1.41;依据冻融破坏实验标准,OPC和SAC最多可承受150次冻融循环作用,而富铁PAC在经历冻融循环200次时仍未达到破坏标准。OPC、SAC和富铁PAC三种水泥按照W/C=0.3成型,其硬化浆体在水化龄期28d时的孔隙率分别为27.3%、16.9%和13.5%,富铁PAC孔隙率较低且大部分属于少害孔和无害孔,良好的孔结构可以有效阻断有害离子的渗透通道,同时也可降低冻融循环中的静水压力;富铁PAC水化产物中的水化铝酸钙可与渗入其中的Cl-反应生成Friedel盐,赋予其良好的抗氯离子渗透性能;OPC、SAC和富铁PAC三种水泥浆体的pH值分别为12.9、11.8和10.9,低pH值保证了富铁PAC水泥浆体较低的渗透压,低静水压和渗透压保证了富铁PAC具有良好的抗冻性。(2)当石灰石粉掺量为3%和6%时,富铁PAC硬化浆体氯离子电通量从零掺量的1100C分别下降到429C和405C,抗硫酸盐侵蚀系数分别提高到1.26和1.22,在经历冻融循环200次后硬化浆体抗压强度较零掺量可分别提高5%和8%;当掺量提高到9%和12%时,富铁PAC硬化浆体氯离子电通量上升到503C和860C,抗硫酸盐侵蚀系数下降到0.85和0.52,冻融循环200次时抗压强度下降了14%和21%。在石灰石粉掺量为3%、6%、9%和12%时,硬化浆体养护龄期28d时的孔隙率从原来的13.5%分别下降到6.78%、4.42%、6.09%和9.87%,适宜掺量的石灰石粉发挥物理填充效应提高了浆体密实性,同时石灰石粉可与铝酸钙反应生成具有一定强度的碳铝酸钙,在一定程度上提高了富铁PAC的力学强度和抗侵蚀性能;但是当石粉掺量过高时水泥水化产物数量下降,而且碳酸钙矿物方解石表面光滑整齐易形成断裂面,此时富铁PAC硬化浆体抗压强度和抗侵蚀性能略有下降。石灰石粉在富铁PAC中的最佳掺量范围在3%~6%。(3)当粉煤灰的掺量在3%、6%和9%时,富铁PAC硬化浆体氯离子电通量依次为892、824和712C,抗硫酸盐侵蚀系数分别为1.51、1.55和1.58,冻融循环200次后其抗压强度分别为50.21、50.46和51.30MPa;当掺量升高到12%时,电通量上升为917C,抗硫酸盐侵蚀系数下降为1.10,冻融循环200次后抗压强度为45.2MPa;粉煤灰掺量在3%、6%、9%和12%水化龄期28d时硬化浆体的孔隙率从零掺量的13.5%分别下降为12.1%、4.5%、10.5%和12.5%。适量掺加粉煤灰可以改善水泥浆体孔结构;当粉煤灰掺量过多时,由于熟料相应减少造成水化产物不足,其次富铁PAC低碱体系难以激发粉煤灰活性,从而硬化水泥浆体致密度降低。粉煤灰最佳掺量范围在3%~9%,此时富铁PAC硬化浆体的力学性能和抗侵蚀性能较好。(4)在天然硬石膏掺量分别为2%、5%、8%和11%时,富铁PAC硬化水泥浆体氯离子电通量分别为448、463、597和842C,抗硫酸盐侵蚀系数分别为1.10、1.21、0.89和0.87,冻融循环200次后抗压强度分别为50.46、51.30、50.21和45.2MPa;水化龄期28d时硬化水泥浆体孔隙率分别为4.1%、4.5%、10.6%和15.4%。石膏的加入改善了孔结构,并可与铝酸钙反应生成钙矾石,提高了其抗压强度和抗侵蚀能力。石膏在富铁PAC中的最佳掺量范围在2%~5%。

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