活性摻合料礦渣對(duì)砂漿抗酸雨侵蝕性能的試驗(yàn).doc

活性摻合料礦渣對(duì)砂漿抗酸雨侵蝕性能的試驗(yàn)研究【摘 要】試驗(yàn)研究了礦渣取代率的不同以及不同砂膠比下水泥砂漿的抗酸雨侵蝕的能力。試驗(yàn)采用的是“三濕四干”干濕循環(huán)方式加速試驗(yàn)的進(jìn)程且較好地模擬了現(xiàn)實(shí)環(huán)境，按長(zhǎng)沙市的酸雨特征配制了ph值為4并含有so2-4，ca2+，mg2+，nh+4，h+的模擬酸液1。試驗(yàn)中可以得出結(jié)論：在合適的礦渣摻量下，試件抗折強(qiáng)度逐漸上升，合適摻量的礦渣等量取代水泥，經(jīng)模擬酸雨循環(huán)腐蝕后的試件強(qiáng)度均高于同等條件下純水泥砂漿試件的強(qiáng)度，即礦渣微粉提高了砂漿的抗酸雨侵蝕能力，不同取代率及砂膠比的影響有較大差異。試驗(yàn)中以20%的礦渣摻量、1.5的砂膠比配合提高效應(yīng)最顯著。.【關(guān)鍵詞】.礦渣；砂膠比；酸雨；干濕循環(huán)；抗折強(qiáng)度.【abstract】 .the influence of the mineral admixtures-slag on the ability to resist acid rain of cement morta is researched. the test method used,developed based on the acid rain condition of changsha region,is the accelerated dry/wet cycle tests,in which the cement mortor specimens are immersed in simulating acid solutions containing ions of so2-4,ca2+,mg2+,nh+4,h+,with 4.0 of ph for 3 d ,and then dried in air at room temperature for 4 d.the test results showed that: the flexural strength of the cement mortar can improve with the increase of slag powder mixture; it is also found that the strength of cement mortar with the addictive of slag powder is better than cement mortar without slag powder after simulating acid rain（ph=4.0）corrosion. therefore，it is concluded that the replacement of slag powder is favorable to improve the acid rain resistance of portland cement mortar.【key words】 .slag;rate of sand and cement;acid rain;day/wet cycles;flexural strength. .隨著人們對(duì)各種建筑物（構(gòu)筑物）使用年限要求的不斷提高，使得混凝土耐久性的研究成為了世界各國(guó)混凝土材料科研人員的研究熱點(diǎn)，也成為研究重點(diǎn)。導(dǎo)致混凝土耐久性不足有很多因素，其中環(huán)境酸化便是其一。酸沉降2是造成環(huán)境酸化的原因之一，包括濕沉降和干沉降。前者是指大氣中的酸性氣體（主要是指co2、sox、h2s和nox等）通過(guò)降水(雨、霧、露、雪等)的形式遷移至地表，形成的ph值小于5.6的濕沉降物，這就是酸雨2。酸雨是目前舉世矚目的全球性環(huán)境問(wèn)題，大量的調(diào)查結(jié)果表明，酸雨不僅對(duì)生態(tài)系統(tǒng)、農(nóng)作物，而且對(duì)各種建筑材料及文化資源都會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。我國(guó)對(duì)酸雨的研究和檢測(cè)起步較晚。1981年至1983年，全國(guó)開展了酸雨的調(diào)查。檢測(cè)結(jié)果表明，全國(guó)有20個(gè)省、市、自治區(qū)不同程度地出現(xiàn)了酸雨，占普查總數(shù)的87%，最嚴(yán)重的是江南區(qū)域。長(zhǎng)江以南的蘇州、廣州、貴陽(yáng)等城市，降水的ph值曾經(jīng)低于4.0，其中最低值為3.1。政府有關(guān)部門對(duì)此問(wèn)題已予以高度重視。目前已有一些研究人員針對(duì)酸沉降對(duì)混凝土的腐蝕機(jī)理、 實(shí)驗(yàn)方法及獲得的主要成果進(jìn)行了一些研究，取得了一些成果。毫無(wú)疑問(wèn)，隨著時(shí)間的推移，這方面的研究將會(huì)有更多的發(fā)展，將會(huì)得到相關(guān)人士的更多關(guān)注。.本試驗(yàn)旨在探討不同礦渣取代率下的砂漿的抗酸雨侵蝕的能力。研究礦渣微粉對(duì)水泥砂漿性能的影響，不但可以促進(jìn)工業(yè)廢渣的合理利用，還可以為改善混凝土的抗酸雨侵蝕性能開辟一條有效且現(xiàn)實(shí)的技術(shù)途徑。.1. 試驗(yàn)方案.1.1 .原材料。水泥:湖南海螺42.5級(jí)普通硅酸鹽水泥，28d抗折強(qiáng)度為9.8mpa，抗壓強(qiáng)度為48.2 mpa；.礦渣:江西聯(lián)達(dá)高新建材廠生產(chǎn)s95級(jí)粒化高爐礦渣細(xì)粉，密度2.88g/cm3，比表面435m2/kg；水:普通自來(lái)水；砂:湘江河砂，細(xì)度模數(shù)2.7，屬ii區(qū)中砂，最大粒徑4.75mm；水泥、礦渣的化學(xué)組成見表1。1.2 .試件成型。本次試驗(yàn)主要采用的試模為特制的塑料圓柱管(25mm、h=13mm)，按照表2所列配合比，每個(gè)配合比攪拌砂漿20l，分批裝入113根圓管，以測(cè)定在酸雨侵蝕下砂漿的強(qiáng)度等的性能變化；2個(gè)40mm40mm160mm三連模，以測(cè)定在酸雨侵蝕下砂漿的質(zhì)量變化。試驗(yàn)采用攪拌機(jī)攪拌，振動(dòng)臺(tái)振動(dòng)成型后，立即放入標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)2d，拆模后入清水中養(yǎng)護(hù)至28d后分別浸泡清水與酸雨溶液中，進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)。.1.3 試驗(yàn)方法：干濕循環(huán)浸泡法（1）成型的試件于2d后拆模，并放入標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室養(yǎng)護(hù)至28d，并測(cè)得28d的相關(guān)初始試件性能：抗折強(qiáng)度，初始質(zhì)量；（2）按設(shè)計(jì)好的比例配制出試驗(yàn)所用的酸雨模擬酸液，模擬酸雨溶液組成見表3；（3）到齡的圓管試件分成兩半，一半浸泡于酸液中，另一半浸泡于自來(lái)水中。為加快其侵蝕速度，采用干濕循環(huán)法(周期浸泡法)3：試件在酸液中浸泡3天，再取出放置于實(shí)驗(yàn)室特制試件架上4天，接著又放于酸液中，如此循環(huán)即可；（4）測(cè)試相關(guān)參數(shù)：試件浸泡到一定的齡期（4w、8w、12w、16w、20w）就按相關(guān)規(guī)范測(cè)定其抗折強(qiáng)度、質(zhì)量變化。1.4 評(píng)價(jià)指標(biāo)。（1）抗侵蝕系數(shù)。試件在侵蝕溶液中抗腐蝕性能用抗蝕系數(shù)來(lái)衡量。抗蝕系數(shù)是用同齡期的水泥砂漿在20oc的溫度下分別在模擬酸液和清水中浸泡后的抗折強(qiáng)度之比來(lái)表示，即k = fr/fw. （1）式中： k 抗蝕系數(shù)；fr.試件在20模擬酸液中浸泡后的抗折強(qiáng)度(mpa)；fw試件在20清水中養(yǎng)護(hù)至同齡期抗折強(qiáng)度(mpa)。.（2）質(zhì)量變化率質(zhì)量變化率=.各測(cè)試齡期質(zhì)量-28d初始質(zhì)量.28d初始質(zhì)量.（2）.2. 試驗(yàn)結(jié)果與討論.2.1 水中養(yǎng)護(hù)的強(qiáng)度2.1.1 當(dāng)砂膠比ms/mb =2.5時(shí)，清水養(yǎng)護(hù)中的試件強(qiáng)度大多呈上升趨勢(shì)，尤其是礦渣摻量較少的s2，s4及基準(zhǔn)s0組，但早期基準(zhǔn)組高于其他組，后期則隨著礦渣摻量的大小而顯示不同的效應(yīng)。s2，s4組隨試驗(yàn)的進(jìn)行強(qiáng)度值逐漸增強(qiáng)且大大高于s0組，s6和s8則相反，具體如圖1，圖2可看出。分析上述規(guī)律發(fā)生的原因，礦渣等量取代水泥，致使水泥用量降低，早期礦渣只起填充作用，活性沒(méi)有發(fā)揮出來(lái)，使得水泥水化產(chǎn)物減少，故早期強(qiáng)度發(fā)展較慢。而在后期，發(fā)生的二次水化反應(yīng)4生成了大量的水化硅酸鈣和水化鋁酸鈣膠凝物質(zhì)，以及其火山灰效應(yīng)能改善砂漿的界面和孔的結(jié)構(gòu)，降低砂漿的孔隙率，故強(qiáng)度有了提高，且隨著時(shí)間的進(jìn)行增強(qiáng)效應(yīng)更顯著。而對(duì)于摻量較大的組二次水化反應(yīng)的生成物不足以使強(qiáng)度提高較快，故實(shí)驗(yàn)強(qiáng)度值不及基準(zhǔn)組。 .圖3 清水中砂膠比不同時(shí)砂漿的抗折強(qiáng)度 .圖4 清水中齡期不同時(shí)砂漿的抗折強(qiáng)度 .圖5 模擬酸液中礦渣摻量對(duì)砂漿抗折強(qiáng)度的影響 .2.1.2 當(dāng)砂膠比ms/mb發(fā)生變化時(shí)：從圖3，圖4中可看出，礦渣的增強(qiáng)效應(yīng)隨著砂膠比的相對(duì)降低發(fā)揮得更加顯著。s2b試驗(yàn)組的強(qiáng)度值接近成直線增加，且較高于其他組。這是因?yàn)樯斑m量的減少則水泥漿相對(duì)增多，能更有效地填充在硬化后的水泥石中，改善水泥石的孔結(jié)構(gòu)，提高水泥石的密實(shí)性，而起到更好的提高強(qiáng)度的作用。2.2 模擬酸雨干濕循環(huán)腐蝕后的強(qiáng)度2.2.1 .當(dāng)砂膠比ms/mb=2.5時(shí)，在ph值為4.0的模擬酸雨條件下礦渣微粉摻量對(duì)經(jīng)模擬酸雨干濕交替循環(huán)腐蝕后的水泥砂漿試件強(qiáng)度的影響見圖5，圖6。.從圖5、圖6可知：在模擬酸雨中強(qiáng)度變化的總體趨勢(shì)是先升高后降低。由圖知，早期發(fā)展規(guī)律和清水中的類似，28d抗折強(qiáng)度因礦渣的加入而使得純水泥砂漿試件的強(qiáng)度值高于其他試驗(yàn)組，但后期強(qiáng)度則相反：摻量不大的試驗(yàn)組s2和s4均高于基準(zhǔn)組s0，較大摻量的s6，s8組則依然低于s0組。隨著試驗(yàn)的進(jìn)行，在8次（試件開始浸泡后歷時(shí)一周即干濕循環(huán)一次：7天一個(gè)循環(huán)）干濕循環(huán)腐蝕之后摻有礦渣微粉試件和基準(zhǔn)組的純水泥砂漿試件的抗折強(qiáng)度均開始下降，但是下降的趨勢(shì)各不相同。而且就礦渣的性能而言，較少摻量的s2，s4組其抗折強(qiáng)度值在試驗(yàn)中均高于s0組，但大摻量的s6，s8卻低于基準(zhǔn)組，可以看出適量的礦渣摻量大大地改善了水泥砂漿的抗酸雨腐蝕能力。2.2.2 當(dāng)砂膠比ms/mb發(fā)生變化時(shí)，在ph值為4.0的模擬酸雨條件下礦渣微粉摻量對(duì)經(jīng)模擬酸雨干濕交替循環(huán)腐蝕后的水泥砂漿試件強(qiáng)度的影響見圖7，圖8。從上圖（圖7、圖8）中可以得知：在本試驗(yàn)條件下，砂膠比降低的試驗(yàn)組s2a、s2b使得水泥砂漿的抗折強(qiáng)度值大大高于基準(zhǔn)組及較大的砂膠比組s2。礦渣取代率相同（20%）而砂量不同時(shí)，s2b組（ms/mb=1.5）中各點(diǎn)值都高于s2a（=2.0）組及s2（ms/mb=2.5），且隨著試驗(yàn)干濕循環(huán)次數(shù)的增加其下降的趨勢(shì)遠(yuǎn)比其他組要平緩。2.3 抗蝕系數(shù)。試件在侵蝕溶液中抗腐蝕性能一般用抗蝕系數(shù)來(lái)衡量。圖9為礦渣摻量發(fā)生變化時(shí)水泥砂漿試件的抗蝕系數(shù)，總體的變化趨勢(shì)是：礦渣微粉摻量為20%的s2和40%的s4試件的抗蝕系數(shù)在8次干濕循環(huán)之后才開始降低，而其它礦渣微粉摻量及基準(zhǔn)組水泥砂漿試件的抗蝕系數(shù)在4次干濕循環(huán)之后即開始降低。其中礦渣微粉摻量s4組的抗蝕系數(shù)高于s2組但是s2組數(shù)值下降的速度卻遠(yuǎn)比s4組平緩。圖10為砂膠比不同時(shí)砂漿試件的抗蝕系數(shù)。從圖中可知，純水泥砂漿的基準(zhǔn)組抗試系數(shù)最低且呈明顯的下降趨勢(shì)，其他礦渣摻量則體現(xiàn)出較強(qiáng)的抗蝕性能，不僅強(qiáng)度降低的齡期晚而且抗蝕系數(shù)較高，此規(guī)律類似于圖9，但就砂膠比而言，s2a組的數(shù)值高于s2b組的，可是前者下降的速度卻不及后者的平緩。故此結(jié)論再連同上述抗折強(qiáng)度的分析可知，礦渣摻量組為s2b的水泥砂漿試件體現(xiàn)出更優(yōu)的抗酸雨侵蝕能力。2.4 水中養(yǎng)護(hù)的質(zhì)量變化。試驗(yàn)中水泥膠砂試件的質(zhì)量因礦渣摻量的不同而具不一樣的變化，用質(zhì)量損失率來(lái)體現(xiàn)此變化，其計(jì)算關(guān)系式為：質(zhì)量損失率=各測(cè)試齡期的質(zhì)量28d初始質(zhì)量。這樣進(jìn)行比較則圖中點(diǎn)在豎軸零點(diǎn)上表示質(zhì)量增長(zhǎng)，零點(diǎn)以下則表示質(zhì)量的減少。 從圖11可看出，在本試驗(yàn)條件下，無(wú)論砂膠比的大小隨著試驗(yàn)的進(jìn)行各試驗(yàn)組膠砂的質(zhì)量在20w后均呈現(xiàn)增長(zhǎng)的趨勢(shì)，這是因?yàn)樗嗍械乃磻?yīng)持續(xù)進(jìn)行著，齡期越長(zhǎng)產(chǎn)生的水化物越多，從而質(zhì)量得到增長(zhǎng)。圖11中則可看出s2a組的增重保重效應(yīng)最好。 2.5 模擬酸雨干濕循環(huán)腐蝕后的質(zhì)量變化2.5.1 當(dāng)砂膠比ms/mb =2.5時(shí)，與清水中一樣的進(jìn)行比較，用質(zhì)量損失率來(lái)體現(xiàn)質(zhì)量隨著干濕循環(huán)次數(shù)的增加而具有的變化規(guī)律，試驗(yàn)的具體結(jié)果在下圖13，從中可以看出循環(huán)了4次時(shí)的質(zhì)量變化還沒(méi)有特定的規(guī)律，這是試驗(yàn)時(shí)間較短，試驗(yàn)條件有限等而導(dǎo)致的。8次后各質(zhì)量有增有減，且摻礦渣除s2組外其他組均呈現(xiàn)增長(zhǎng)的趨勢(shì)，12次循環(huán)后所有試驗(yàn)組的質(zhì)量都有增加，即礦渣試驗(yàn)組持續(xù)增重。16次與20次中質(zhì)量呈減少的趨勢(shì)，而且基準(zhǔn)組的減少程度遠(yuǎn)大于礦渣摻合組。并且整個(gè)圖中s2組的各點(diǎn)離散性最少，即此他組的各齡期質(zhì)量變化幅度最小，保持水泥膠砂整體性的能力最強(qiáng)。此上分析說(shuō)明了活性摻合料礦渣（尤其是合適的摻量）能提高水泥砂漿抵抗酸雨腐蝕的能力。2.5.2 當(dāng)砂膠比ms/mb =2.0和1.5時(shí)，從圖14 中可看出s2a組則體現(xiàn)出最好的性能，由此可知對(duì)于質(zhì)量而言含砂量相對(duì)較少的更有利水泥砂漿的發(fā)展，這點(diǎn)與上述抗折強(qiáng)度的發(fā)展規(guī)律是一致的。3 結(jié)論.（1）在本試驗(yàn)條件下，在清水中浸泡養(yǎng)護(hù)的不同礦渣微粉摻量的水泥砂漿試件的抗折強(qiáng)度值及質(zhì)量在后期都呈上升的趨勢(shì)，且適當(dāng)?shù)膿搅吭鰪?qiáng)效應(yīng)愈加明顯。.（2）適宜的礦渣微粉摻量和相對(duì)較小的砂膠比對(duì)水泥砂漿在ph值為4.0的模擬酸雨條件下保持其強(qiáng)度不變的能力有很好的改善作用。（3）適宜的礦渣微粉摻量和相對(duì)較小的砂膠比對(duì)水泥砂漿在ph值為4.0的模擬酸雨條件下保持其質(zhì)量不變的能力有很好的改善作用。（4