偏高岭土改性水泥混凝土抗硫酸盐侵蚀性能研究.pdf

偏高岭土改性水泥混凝土抗硫酸盐侵蚀性能研究李鹏杨合徐玮( 长安大学研究生部．陕西西安，7 1 0 0 5 4 )对恶劣环境的抵抗能力是高性能水泥混凝土的主要功能之一为提高其对于硫酸盐的侵蚀，通常采用的方式是用火山灰作为外掺剂，或用其代替一部分水泥加入火山灰后，混凝土中部分C a ( 0 H ) ：被去除，并且加入了一定量的含铝惰性物质然而，必须有足够的反应时间使得火山灰的活性得以发挥，否则混凝土难以形成对硫酸盐的抵御能力偏高岭土是将高岭土热处理后的产物，具有高活性将其结合高性能减水剂使用，不仅能提高混凝土强度及耐久性，而且能够保持较好的工作性偏高岭土作为外加剂对混凝土内部的硫酸盐侵蚀同样能起到较好的抵御作用此外，高岭土作为一种特殊黏土，在我国资源丰富水泥混凝土内部硫酸盐侵蚀．存在于混凝土土内部的硫酸盐和集料，水，水泥反应生成硫铝酸钙，造成水泥混凝土的内部硫酸盐侵蚀反应生成物硫铝酸钙使材料内部产生高应力，最终使得混凝土膨胀、变形目前，多数研究只是针对于普通混凝土的内部硫酸盐侵蚀，而对于高性能混凝土的研究很少石膏C a S 0 4 ·2 H z 0 是硅酸盐水泥中必不可少的组成部分通常将其作为缓凝剂使用。

然而使用剂量过多，会造成混凝土内部的硫酸盐侵蚀在1 9 4 6 年，L e r c h 将最佳石膏含量定义为：在最佳石膏含量下，混凝土能够获得高抗压强度，低干缩及在有水环境下的低膨胀然而，由于原材料污染或其他因素混凝土内部硫酸盐含量可能超过允许的范围，造成内部硫酸盐侵蚀尤其是细集料，比表面积大，更容易沾染污染物一方面，我们需要加强对原材料的质量控制，另一方面，我们要研究对于硫酸盐含量超标的应对措施8 0 年代，A h m e d研究了火山灰和米糠粉( 磨碎的米糠) 对于硫酸盐侵蚀的抵御作用研究成果显示，用天然火山灰代替3 0 ％的水泥能提高水泥混凝土和砂浆对于硫酸的侵蚀能力高活性偏高岭土高岭土是一种粉末状白色矿物质，通常用于制造瓷器水化二硅酸铝( A 1 z S i z 0 ( O H ) t )是高岭土中的常见成分偏高岭土是高岭土经高温焙烧，脱去羟基后的产物化学反应式见下：彳Z 2 0 3 ·2 S i 0 2 ·4 H 2 D —』型_ 么Z 2 0 3 ·2 S i 0 2 ·2 H 2 04 - 2 H 2 0彳Z 2 0 3 ·2 S i 0 2 ·2 H 2 D —墼彳Z 2 0 3 ·2 S i 0 24 - 2 H 2 0偏高岭石是层状结果，但有续性已经被严重破坏，故具有较高活性。

从理论上讲，当高岭石短少至其中的一o H 完全脱去，偏高岭石结构坍塌成无序程度最大，且又无新结晶形成时，其活性最高制各过程中的难点是将偏高岭石焙烧至足够的温度而又不过火实验方案试验采用的混凝土有两种：普通硅酸盐水泥混凝土和高性能水泥混凝土两种混凝土级配组成一样高性能水泥混凝土中，用偏高岭石取代部分水泥，并结合使用高效减水剂硅酸盐水泥与偏高岭石的常用物理化学参数见表1 ，两种混凝土的组成见表2 能通过变化试验对照组中硫酸盐含量，测试不同龄期力学指标，从而得出不同硫酸盐含量对普通硅酸盐水泥混凝土和高性能水泥混凝土的强度影响，以及偏高岭石对于混凝土内部硫酸盐侵蚀的抵御能力使用的天然砂中，硫酸盐含量为0 4 7 ％其他集料中硫酸盐含量很少，相对于天然砂中的含量可以忽略不计表1 硅酸盐水泥与偏高岭石的常用物理化学参数表2 普通硅酸盐水泥混凝土和高性能水泥混凝土的材料组成水泥含量偏高岭石含量细集料粗集料高效混凝土种类水灰比 k g ／m 3k g ／m 3k g ／m 3k g ／m 3减水剂普通硅酸盐5 5 006 3 89 5 60 ．4 20水泥混凝土高性能5 0 64 46 3 89 5 6O ．32 ．5水泥混凝土试验结果及数据分析两种混凝土在不同龄期对应不同硫酸盐含量的力学指标见表3 。

力学指标包括抗压强度和劈裂强度表3 水泥混凝土强度试验数据混凝土种类普通硅酸盐水泥高性能水泥S 0 含量％0 ．51 ．522 ．5O ．51 ．522 ．5强度指标龄期P 1P 2P 3P 4H 1H 2H 3H 474 2 ．0 04 1 ．9 04 1 ．6 03 8 ．7 04 8 ．0 04 7 ．0 04 5 ．2 04 3 ．3 0抗压强度2 85 1 ．2 05 2 ．4 04 8 ．5 04 6 ．8 06 7 ．4 05 8 ．3 05 4 ．6 05 2 ．7 0M p a ．9 06 0 ．3 05 8 ．6 05 6 ．8 05 3 ．2 07 4 ．0 06 8 ．9 06 1 ．3 06 0 ．1 02 1 06 7 ．5 05 2 ．1 04 5 ．2 04 1 ．2 08 3 ，6 07 2 ．6 06 8 ．3 06 5 ．6 0( 续表3 )混凝土种类普通硅酸盐水泥高性能水泥S 0 3 含量％0 ．51 ．522 ．5O ．51 ．522 ．5强度指标龄期P 1P 2P 3P 4H 1H 2H 3H 473 ．8 83 ．8 23 ．5 03 ．3 54 ．6 34 ．5 64 ．4 54 ．3 2劈裂强度2 84 ．2 04 ．0 43 ．7 63 ．7 04 ．8 84 ．7 54 ．6 24 ．4 9M p a 。

9 04 3 94 ．2 24 1 46 9 95 ．0 64 9 84 8 54 7 l2 1 04 ．6 23 ．7 63 ．3 03 ．1 45 ．5 05 ．3 25 ．1 14 ．5 8：：T 5量：g ：：箱曲：：3 6抗压强度／』／／^J芦7 厂∥：连／／，k 二乒- 一 ／／’，∥；j ·I 、jr．／二，一：：；矿z ．一一一．．：’．．．’‘‘- ￥影二砭：：：：f - ‘一’·．·．一 F ≯·‘’．-●劈裂强度 ，多豸⋯跖≤兰至复≥，．1 —：j 二- ：? 趸：：，譬：：≥：∥¨一_ ”“一i ：= ：：：0 ， ：一”‘·：：·．‘●r“∞2 1 072 ●图1 不同硫酸盐含量下混凝土抗压强度图2 不同硫酸盐含量下混凝土劈裂强度抗压强度测试结果显示( 图1 ) ，加入偏高岭石的高性能水泥混凝土在各龄期的抗压强度明显高于同含量硫酸盐的普通硅酸盐水泥混凝土，尤其是后期抗压强度并且随着硫酸盐含量的增加，两种混凝土的抗压强度都有所下降混凝土的劈裂强度同样显示出同样的趋势为详细分析偏高岭石给混凝土带来的强度影响，采用如下分析办法：由于试验所用天然砂自身的硫酸盐含量为0 ．4 7 ％，故将O ．5 ％硫酸盐含量为标准含量。

两种混凝土P 1 、H 1 ( 硫酸盐含量为O ．5 ％) 的抗压、劈裂强度为标准强度硅酸盐含量为1 ％、1 ．5 ％、2 ％、2 ．5 ％的混凝±，其抗压、劈裂强度分别减去对应混凝土、龄期和硅酸盐含量的标准抗压、劈裂强度得到强度减量：D f c 如；D f s “，再分别除以标准强度得到R f c ¨；R f s ¨，其中：R f c a ．啦；R f c 表示相对抗压强度减量，R f s 表示相对劈裂强度减量．下角标d 表示龄期，n 表示混凝土编号．例如：R f c 7 ．啦= ( f c 7 ．№一f c 7 ．H 1 ) ／f c 7 ．H l = ( 4 7 - 4 8 ) ／4 8 ×1 0 0 = - 1 ％R f s 7 ．啦= ( f s 7 ．H 2 一f s 7 ．H 1 ) ／f s 7 ．H l = ( 4 ．5 6 —4 ．6 3 ) ／4 ．6 3 x 1 0 0 = 一0 ．0 7 ％50 i {囊‘- O 套m星一抽髻’∞肇- o一拍抗压强度相对减少量一-t! ． 一 飞．．．·．．．．一’‘’i一、≮、、＼．一一，，’‘’t ．j ，’·? 、、＼、、‰：| ． 、—一’．■—‘苫‘．．‘．．j ．‘▲O^15 芒 e ‘1 0■ 叁q 6纂一2 0 羞- 2 5 搿露一3 0- 3 5劈裂强度相对减少量h ’·．- ．．⋯L ——～ ．／! ．．～～- ～．∥·一一．t 、≮． ．．．一⋯⋯} 一一j 0 ·》＼’‘^ ‘≮‘．I●图3 不同硫酸盐含量下相对抗压减量图4 不同硫酸盐含量下相对劈裂减量加入偏高岭石后，混凝土后期力学性能得到明显改善( 图3 、4 ) 。

未加入偏高岭石的普通硅酸盐水泥混凝土，强度在9 0 天后锐减观察P 4 混凝土，其2 1 0 天相对抗压减量的绝对值从9 0 天的1 1 ．8 ％增加到3 9 ％，相对劈裂减量的绝对值从9 0 天的9 ．11 ％增加到3 2 ．0 3 ％而加入偏高岭石的高性能混凝土，在2 8 天后，除了H 4 混凝土的后期劈裂强度下降了1 0 ％，其余强度没有明显变化9 1五、结论1 硫酸盐含量的增加，将导致混凝土强度的降低 2 偏高岭石能够提高水泥混凝土对于内部硫酸盐侵蚀的抵御n 一．J 3 对于混凝土后期强度( 9 0天后) 的增长有着显著作用参考文献1 申爱琴主编．水泥与水泥混凝土．北京．人民交通出版社，2 0 0 0 ．2T a r i qS ．A l —A t t a r ，A l a aM ．A i - K h a t e e b ，a n dA b i dH ．B a c h a i ．B e h a v i o ro fH i g hP e r f o r m a n c eC o n c r e t eE x p o s e dt oI n t e r n a lS u l f a t eA t t a c k ( G y p s u m —C o n t a m i n a t e dA g g r e g a t e ) ．E a r t h ＆S p a c e ．2 0 0 63 方永浩，郑波等．偏高岭土及其在高性能混凝土中的应用．硅酸盐学报．2 0 0 3 ．3 1 ( 8 )4 陈益兰，赵亚妮等．偏高岭土替代硅灰配制高性能混凝土．硅酸盐学报2 0 0 4 ．3 2 ( 4 )。