（材料学专业论文）青藏地区混凝土泛碱抑制研究.pdf

摘要 首先，根据混凝土泛碱的特点确定了评价其泛碱程度的方法。通过大量前期 试验，确定用新拌混凝土的砂浆进行泛碱试验，用图像处理软件i m a g e p r o p l u s 6 0 测量试件表面的泛碱面积，用试件泛碱面积占其表面面积的百分比评价混凝土的 泛碱程度。 其次，分别研究了内在因素和外在因素对混凝土泛碱的抑制效果。利用不同 颗粒级配的砂子空隙率不同的特性，研究了区级配范围内的不同级配的砂子对 混凝土泛碱的影响；利用矿物掺合料的火山灰活性等特性，研究了粉煤灰、矿渣 粉、硅粉、沸石粉抑制混凝土泛碱的程度；利用引气剂和减水剂可以优化混凝土 孔隙结构和减少其用水量的特性，研究了引气剂和不同减水剂抑制混凝土泛碱的 效果；此外还研究了不同养护方式对混凝土泛碱的影响以及不同防水涂料抑制混 凝土泛碱的效果。通过上述试验得出了如下结论： 采用靠近i i 区级配范围中值的砂子配制的混凝土抑制泛碱的效果略优于 i i 区范围内的其它级配的砂子配制的混凝土。 矿物掺合料均能较显著地抑制混凝土泛碱，硅粉抑制泛碱的效果最好，其 次是沸石粉，最后是矿渣粉和粉煤灰。 加入减水剂和引气剂的混凝土抑制泛碱的能力均有较显著提高，当外加剂 达到最佳掺量时，其抑制混凝土泛碱的效果依次为：聚羧酸系减水剂 k 1 2 粉引气 剂 萘系减水剂。 在室外背阴处分别采用洒水养护、薄膜养护、麻袋养护和薄膜+ 麻袋养护 的混凝土抑制泛碱的效果均差于标准养护条件下的混凝土。 防水涂料均能较显著地降低混凝土的泛碱程度。其中，p e n e t r o n 水泥基渗 透结晶型防水涂料抑制混凝土泛碱的效果最好，u s - 1 5 1 0 水泥基渗透非结晶型防水 涂料的效果次之，m 1 5 0 0 无机水性渗透型防水剂的效果较差。 最后，针对青藏地区某桥梁混凝土的泛碱问题，分析了造成其泛碱的原因， 利用上述试验研究成果，采用复掺硅粉和矿渣粉+ 聚羧酸高效减水剂+ 7 1 气剂的方 法，使用工地原材料配制了c 3 0 抗泛碱混凝土，在实验室条件下取得了良好的抑 制混凝土泛碱的效果。 关键词：混凝土；泛碱；矿物掺合料；外加剂；防水涂料 a b s t r a c t f i r s t l y , a c c o r d i n gt ot h ec h a r a c t e r i s t i c so fc o n c r e t ee f f l o r e s c e n c e ，ae v a l u a t i o n m e t h o df o ri t se f f l o r e s c e n c ed e g r e ew a sd e t e r m i n e d t h r o u g hal a r g en u m b e ro f e x p e r i m e n t s ，t h ee v a l u a t i o nm e t h o dw a sp u tf o r w a r d ，哳t he f f l o r e s c e n c ee x p e r i m e n tb y u s i n gt h em o r t a ro ff r e s hc o n c r e t e ，m e a s u r i n ge f f l o r e s c e n c es u r f a c ea r e ao fs p e c i m e n w i t hi m a g ep r o c e s s i n gs o f t w a r ep r o p l u s 6 0a n d e v a l u a t i n gt h ee f f l o r e s c e n c eo fc o n c r e t e b yc o m p u t i n gt h ep e r c e n t a g eo fe f f l o r e s c e n c ea r e ao fs p e c i m e nt h a ti ni t ss u r f a c ea r e a s e c o n d l y , t h ei n h i b i t o r ye f f e c to fi n t e r n a la n de x t e r n a lf a c t o r so nt h ec o n c r e t e e f f l o r e s c e n c ew a sr e s e a r c h e dr e s p e c t i v e l y u t i l i z i n gt h ec h a r a c t e r i s t i co fd i f f e r e n t p o r o s i t yo fd i f f e r e n tg r a i ng r a d i n gs a n d ，t h ei n f l u e n c eo fd i f f e r e n tg r a d i n gs a n do n c o n c r e t ee f f l o r e s c e n c ei ng r a d i n gl i m i to fi id i s t r i c tw a sr e s e a r c h e d ；u t i l i z i n gt h e p o z z o l a n i ca c t i v i t yo fm i n e r a la d m i x t u r e s ，t h ee f f e c to fi n h i b i t i n ge f f l o r e s c e n c eo ff l y a s h , s l a g ，s i l i c o nf u m ea n dz e o l i t ep o w d e rw a ss t u d i e d ；u t i l i z i n gt h ec h a r a c t e r i s t i co f o p t i m i z i n gp o r e s t r u c t u r ea n dr e d u c i n gw a t e ro ft h e a i r - e n t r a i n i n ga g e n ta n d w a t e r - r e d u c i n ga g e n t ，t h ei n h i b i t i n ge f f l o r e s c c n c ee f f e c to ft h ea i r - e n t r a i n i n ga g e n ta n d d i f f e r e n tw a t e r - r e d u c i n ga g e n tw a ss t u d i e d i na d d i t i o n ，t h ei n f l u e n c eo fd i f f e r e n tc u r i n g w a ya n dw a t e r p r o o f e ro nc o n c r e t ee f f l o r e s c e n c ew a ss t u d i e d a f t c rt h ea b o v ea n a l y s e s ， m a j o rr e s u l t sc a nb ec o n c l u d e da sf o l l o w s ： h 1t l l ep r e p a r a t i o no fc o n c r e t e ，t h es a n dc l o s et oi n t e r m e d i a t eg r a d i n go fi i d i s t r i c ts h o u l db ei n i t i a l l yu s e d ，b e c a u s et h ee f f e c to fi n h i b i t i n ge f f l o r e s c e n c eo ft h e c o n c r e tp r e p a r i n gw i t hi ti ss l i g h t l yb e t t e r t h em i n e r a la d m i x t u r e sc a l ls i g n i f i c a n t l yi n h i b i tc o n c r e t ee f f l o r e s c e n c e ，t h e i r e f f e c to f i n h i b i t i n ge f f l o r e s c e n c e ，f r o mh i g ht ol o w , i ss i l i c o nf u m e ，z e o l i t ep o w d e r ，s l a g a n df l ya s hf r o mh i g ht ol o w a d d i n gw a t e r - r e d u c i n ga g e n t a n d a i r - e n t r a i n i n ga g e n tt oc o n c r e t e ，t h e e f f l o r e s c e n c eo fc o n c r e t ei so b v i o u s l yi n h i b i t e d w h e nt h eq u a n t i t yo fa d m i x t u r e s r e a c h e st oi t sb e s t ，t h ei n h i b i t i n ge f f l o r e s c e n c ee f f e c to fp o l y c a r b o x y l a t ew a t e r - r e d u c i n g a g e n ti ss u p e r i o rt ok 1 2p o w d e ra i r - e n t r a i n i n ga g e n tw h i c hi ss u p e r i o rt on a p h t h a l e n e s u l f o n a t ew a t e r - r e d u c i n ga g e n t me f f e c to fi n h i b i t i n ge f f l o r e s c e n c eo fc o n c r e t er e s p e c t i v e l yc u r e db y s p r i n k l i n g ，m e m b r a n e ，s a c ka n dm e m b r a n e & s a c ki nt h es h a d eo fo u t s i d ei si n f e r i o rt o t h ec o n c r e t ec u r e di nt h es t a n d a r dc o n d i t i o n w a t e r p r o o f e rc a ns i g n i f i c a n t l yr e d u c et h ee f f l o r e s c e n c ed e g r e eo fc o n c r e t e a m o n gt h e m ，t h eb e s tm a t e r i a lo fi n h i b i t i n ge f f l o r e s c e n c ei sp e n e 仃o nc e m e n t b a s e d c a p i l l a r yc r y s t a l l i n ew a t e r p r o o f e r , t h e n ，u s 一1510c e m e n t - b a s e dc a p i l l a r yn o n - c r y s t a l l i n e w a t e r p r o o f e ra n dm 15 0 0i n o r g a n i cw a t e r - p r o o f i n ga g e n ti nt u r n f i n a l l y , a f t e ra n a l y s i n gr e a s o n so ft h ee f f l o r e s c e n c eo fab r i d g ec o n c r e t ei n q i n g h a i t i b e ta r e a , a c c o r d i n gt ot h ea b o v er e s u l t s ，t h em e t h o do fa d d i n gs i l i c o nf u m e ， s l a g ，p o l y c a r b o x y l a t ew a t e r - r e d u c i n ga g e n ta n da i r - e n t r a i n i n ga g e n ti n t oc o n c r e t et o p r o d u c ec 3 0c o n c r e t ei n h i b i t i n ge f f l o r e s c e n c ew a sr a i s e da n dp r o v e dt oi n h i b i tt h e e f f l o r e s c e n c eo fc o n c r e t eu n d e rl a b o r a t o r yc o n d i t i o n s k e y w o r d s ：c o n c r e t e ；e f f l o r e s c e n c e ；m i n e r a la d m i x t u r e ；a d m i x t u r e ；w a t e r p r o o f e r 重庆交通大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究 工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人 或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体， 均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名坷f 辔迎 日期： 砷年6 月f 日 重庆交通大学学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。 本人授权重庆交通大学可以将本学位论文的全部内容编入有关数据库进行检索， 可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。同时授权中国科 学技术信息研究所将本人学位论文收录到中国学位论文全文数据库，并进行信 息服务( 包括但不限于汇编、复制、发行、信息网络传播等) ，同时本人保留在其 他媒体发表论文的权利。 学位论文作者签名：研杏迎 日期：洌p 年月妒日 指导教师签名： 日期：矽f 。年 本人同意将本学位论文提交至中国学术期刊( 光盘版) 电子杂志社c n 系 列数据库中全文发布，并按中国优秀博硕士学位论文全文数据库出版章程规 定享受相关权益。 学位论文作者签名：肿 日期：矽p 年6 月午日 指导教师签名： 日期：讳年 第一章绪论 11 问题的提出 第一章绪论 自1 9 9 9 年国家提出西部太开发战略起，青藏地区以青藏铁路为标致的一大批 水利、公路等项目相继实施，由于该地区恶劣的自然环境，越来越多的专家学者 开始关注研究该地区混凝土在实际应用中所遇到的各种问题。 笔者随导师实地调查后发现：青藏地区混凝土的泛碱具有一定的普遍性。图 1 1 是该地区某桥粱混凝土硬化后不久即出现泛碱的照片，图1 2 是该地区已使用 几年的某桥粱混凝土的泛碱照片。该混凝土表面的水泥浆已经被溶蚀掉，露出了 细集科。 圈11 泛碱图片 f i g1 1p i c t u r e o f e f l l o r e s m n c e 蓠 田12 泛碱溶蚀田片 f i g 12 p i c t u r e o f e f f l o r e s c e r r d i s s o l u t i o n 混凝土泛碱表明在其内部发生了明显的渗滤，严重的渗滤会导致混凝土孔隙 率增加，从而降低混凝土的强度和增加混凝土受侵蚀性物质作用的机会。长期处 于严重渗滤条件下，氢氧化钙等的不断渗出会使c - s - h 凝胶逐渐分解，最终导致 混凝土的破坏”j 。 泛碱不仅影响混凝土的美观，而且在青藏高原恶劣的自然环境下还会与冻 融、侵蚀等形成叠加效应，加速混凝土的劣化。随着国家西部大开发战略的加速 实施青藏地区的各项基建工程将大量开工建设，如何抑制该地区混凝土的泛碱， 无疑是一个需要关注的问题。 2 第一章绪论 1 2 国内外混凝土泛碱研究现状 1 2 1 国内混凝土泛碱研究现状 泛碱也称析白、泛白、析霜或起霜，是砂浆表面、混凝土表面、粘土砖表面和 石材表面等经常出现的一种现象，一般呈白色粉末状、絮团状或絮片状，在低温 通风且潮湿的背阴面较为常见。 泛碱按照生成过程的不同可以分为一次泛碱( 初次泛白) 和二次泛碱( 再次 泛自) 【2 】。随着新浇注混凝土的干燥失水，结构内部的含氢氧化钙等可溶成分的游 离水会逐渐沿着毛细孔向外迁移，以补偿表面被蒸发掉的水分，从而将溶于其中 的c a ( o h 0 2 、n a o h 、k o h 等带出到混凝土表面而结晶析出的现象称为一次泛碱。 一次泛碱一般在成型后一天内便可发生完毕，通常形成比较均匀的覆盖层，但是 并不一定出现在混凝土的每个表面上。它的产生在某种情况下是一种必然，只是 严重程度不同而已。干燥硬化后的混凝土由于养护水、雨水、地下水等的再次浸 入，将材料中的可溶性成分溶解并带至表面后干燥析出称为二次泛碱。二次泛碱 般不会出现在混凝土的整个表面上，而只是不均匀地出现在局部，与混凝土的 密实度、吸水率、表面孔隙度有关，表面粗糙易积水、内部疏松吸水率大的部位 较易出现。施工中通常所说的泛碱主要指一次泛碱，但实际常见的泛碱往往是二者 混合的结果。 从国内现有资料来看，对混凝土泛碱的研究多集中于装饰砼。关建适1 3 】从热力 学角度分析了混凝土的干燥吸湿特性后指出泛碱的必要条件为：可溶性碱的存 在；有大量溶解碱的水；具有干燥吸湿热力学特性的亲水性气孔体系； 反复干湿循环、冷热交替的外界环境。 秦麟卿等人【4 ，5 】分析研究了建筑墙体砂浆的析霜原因及防治措施和析霜对混凝 土的破坏与防治后，进一步完善了混凝土泛碱的必要条件：可溶性盐或碱的存 在；有大量溶解可溶性盐或碱的水；具有干燥吸湿热力学特性的亲水性毛 细孔；反复干湿循环、冷热交替的外界环境；具有温度差、湿度差或压力 差的外界环境。陈利清、赵启雄【6 l 实地调查分析了建筑物表面析白与环境的关系( 见 表1 1 ) 后发现：析白现象的发生与低温、阴凉、较大湿度和适度的风速有关。 胡丽娟等人【7 j 在论述了装饰砼析白问题后指出盐霜的成分与产生时间、生成后 的天数、产生部位、环境条件、掺加物、集料、水泥、拌合水等因素密切相关， 并对白色粉末进行了x 射线衍射分析后得出其主要成分为c a ( o h 0 2 和c a c 0 3 。韩 静云、许如源t s l 弓l 用日本竹本国男等人对盐霜成分的分析结果，指出盐霜成分视生 成条件不同大体上分为以下四类：全部由c a c 0 3 组成：由 第一章绪论 c a c 0 3 + k 2 s 0 4 + n a 2 s 0 4 组成；由大量的c a c 0 3 和少量的n a 2 s 0 4 组成；由大量 的n a 2 s 0 4 和量的c a c 0 3 组成。e l o t e x 亚太技术中心的张量t 9 l 歹u 举t k 碱物质的 化学组成和来源，见下表1 2 ： 表1 1 析白与环境的关系 t a b 1 1r e l a t i o no fe m o r e s c e n c ea n de n v i r o n m e n t 季节平均温度发生位置环境 数量 冬春秋 5 5 背阴面向阳面潮湿有风干燥无风 2 4 例 2 21l12 32 402 40 占比( ) 9 1 6 84 1 64 1 64 1 69 5 8 4 1 0 0 , 01 0 00 表1 2 泛碱物质的化学组成和来源 t a b 1 2c h e m i c a lc o m p o s i t i o na n ds o u r c eo fe f f l o r e s c e n c em a t e r i a l 化学组成来源 ， c a ( 0 h ) 2从混凝土和砂浆中析出 c a s 0 4 2 1 2 0 碱性硫酸盐与石灰类物质反应；s 0 z 与空气中的湿气反应形成h 2 s 0 3 m g s 0 4 n i l 2 0如果使用海水作为拌合水 c a c l 2 n i l 2 0如果在混凝土或砂浆中作为抗冻剂使用 m g c l 2 n 1 2 0如果使用海水作为拌合水 c a c 0 3c a ( 0 h ) z 与空气中的c 6 反应 k c l、n a c l 来自除冰盐 c a ( n o 。) 2 n h 2 0如果含n 的有机物分解并进一步与c a 2 + 反应 目前，通常采取化学方法和物理方法抑制混凝土泛碱【l 们。化学方法主要是将 混凝土中的可溶成分转化为不溶或难溶物质。譬如根据c a ( o h ) 2 是形成泛碱的主 要根源之一，通过掺入粉煤灰、硅粉等活性混合材或者碳酸锂、碳酸铵等使之与 c a ( o h ) 2 生成水化硅酸钙、碳酸钙等物质而固定下来。物理方法主要有：选用 低碱水泥；选择不含可溶性成分的粗细集料；限量使用含n r 、k + 的外加剂； 采用低水灰比；加强养护，使混凝土干燥速度放慢，让c a ( o h ) 2 在还没有 到达混凝土表面之前就与足够的c 0 2 反应，从而使其在混凝土内部生成c a c 0 3 固 定下来；优化孔隙结构，提高混凝土密实度，阻止盐碱类物质迁移到表面； 对混凝土进行防水处理使其孔隙憎水化、封闭化，主要有表面处理和整体处理 两类，表面处理是在成型后的混凝土表面喷涂防水层，整体处理是在混凝土中掺 加防水性物质。 第一章绪论 122 国外混凝泛碱研究现状 国外早在1 9 世纪就出现了大量描述砌筑墙体等泛碱现象的文章。其后研究 人员针对各种泛碱问题进行了大量研究，在泛碱的形成机理和预肪途径等方面取 得了许多研究成果其中d o w 和g l a s s e r 详细阐述了作为水泥系统泛碱的主要成 分之一的c a c 0 3 的形成过程】如图1 3 所示。b e n s t e d j 提出抑制混凝土泛碱一 定要从预防开始，在泛碱产生之后采取补救措施，不仅有可能再次产生泛碱，而 且建筑物结构也会在多次治理泛碱的过程中遭到损毁i l “。 c 岛 。+ 屿o + “隅 c s ( o h k h 2 c 鸟c - c 岛+ 2 屿o 承泥蕃材h c a 针 舶 3 水泥系统中碳酸钙的形成过程 f i 9 13 c a l c i u mc a r b 0 b a t e f o r m i n g p r o c e s s i nc e m e n ts y s t e m c d o w a n d f p o l a s s e r l 提出了以下几条抑制水泥基材料泛碱的建议： 尽量使用低碱水泥。 加入可以吸收、转化、固定碱的原材料，比如加入粉煤灰、矿粉等具有潜 在活性的混合材。 使用抗渗性好的砂浆。 不要使用水泥砂浆去粘结可以反应生成可溶物的物体。 虽然泛碱难以预测，但是通常和湿冷气候联系密切，冬天和早春季节的建 筑物泛碱较为明显。 h a r o l d b r o c k e n ，t i m o dn i j l a n d ”悃查分析了大约2 0 个砖砌块和湿凝土砌块 建筑的泛碱类型和形成环境后指出要想解决泛碱问题，必须根据具体环境和泛 碱类型进行针对性治理。s i d n e y m i n d e s s ，l f r a n c i s y o u n g ，d a v i d d a r w i n 指出1 1 1 ： 混凝土泛碱表明其内部发生了明显的渗滤可溶物渗出速率取决于涪透水中含有 第一章绪论 5 的各种溶解盐的总量，且软水较硬水的侵蚀性更大，此外由于氢氧化钙在冷水中 比温水中更易溶解，故水温也会影响盐霜的析出。 瑞士i c i 集团国民淀粉化学公司成功开发出抑制干粉砂浆泛碱的添加剂 e l o t e xe r a 系列，能够减少甚至消除砂浆泛碱现象，产品包括e l o t e xe r a l 0 0 高活性树脂基抗泛碱添加剂、e l o t e xe r a s e a l l 2 0 高活性树脂和硅烷基抗泛碱 及憎水性添加剂1 9 】，但是由于这些产品是可再分散性粉末，加入混凝土后会大大降 低其力学性能，所以不宜用于抑制混凝土泛碱，国外也尚未研制出专门针对混凝 土泛碱的添加剂。 目前，a s t m 没有制定出如何抑制砂浆、混凝土等水泥基材料泛碱的标准， 只是制定了减少新建砖石建筑墙体表面泛碱的指导标准c 1 4 0 0 0 1 ( s t a n d a r dg u i d e f o rr e d u c t i o no fe f f l o r e s c e n c ep o t e n t i a li nn e wm a s o n r yw a l l s ，该标准主要从建筑 施工的角度给出了相关的建议【1 4 j 。 1 3 研究目的和意义 众所周知，混凝土由于具有经济、节能、耐久等多种优点而成为土木工程中 的重要原材料，其应用范围十分广泛。但是，在混凝土出现至今的1 7 0 多年间， 大量的混凝土由于各种各样的原因达不到预定的服务年限而提前失效，这其中有 的是由于结构设计的抗力不足造成的，有的是由于使用荷载的不利变化引起的， 但是也有很多混凝土是受到了不利环境因素的作用而导致的。对于青藏地区许多 混凝土结构出现的泛碱问题不能视而不见，只有积极研究治理，解决泛碱问题， 才能更有利于该地区混凝土的保护，更有利于混凝土在该地区的广泛应用。 目前虽然有大量的文献资料分析了影响混凝土泛碱的因素，并且提出了相应 的治理措施，但是由于影响混凝土泛碱的因素众多以及泛碱成分的复杂多样，所 以缺乏评价混凝土泛碱的标准和不同因素对混凝土泛碱影响程度的详实的分析资 料，也没有分析研究青藏地区混凝土泛碱的相关资料。 本研究力求通过全面了解掌握混凝土泛碱的形成条件和影响因素，找到一种 较合适的评价混凝土泛碱的方法，以此来详细分析研究不同因素对混凝土泛碱的 影响程度，在此基础上确定几种能够明显改善混凝土泛碱的材料并且提出解决混 凝土泛碱的方案，为抑制青藏地区混凝土泛碱提供相关理论指导和技术支持。 1 4 研究内容 6 第一章绪论 根据形成混凝土泛碱的主要因素来确定相应的抑制措施，然后选择合理的评 价方法对采取抑制措施后的混凝土泛碱情况进行评价，同时探讨混凝土泛碱程度 降低的机理。 本研究主要从以下几方面入手： 根据已有资料和混凝土泛碱条件，找到一种相对量化的可以评价混凝土泛 碱以及评价各种因素对混凝土泛碱影响程度的方法。 利用矿物掺合料的火山灰活性、微集料效应等性质，通过向混凝土中掺加 不同数量的矿物掺合料，来达到固定、减少混凝土所含泛碱物质的目的，并且研 究各种掺合料抑制混凝土泛碱的实际效果。 通过向混凝土中添加减水剂、引气剂，来减少混凝土中所含的自由水数量 和阻断泛碱物质的迁移通道，从而达到抑制泛碱的目的。 通过使用防水涂料对混凝士进行表面处理的方式，来改善表层混凝土的孔 隙结构等性能，从而提高混凝土表面的密实度，隔绝外部环境对混凝土泛碱的影 响。 对比工地常用的四种养护方法对混凝土泛碱的影响，为提高混凝土的抗泛 碱能力选择合适的养护方法。 利用前面取得的试验研究成果，结合青藏地区某工地实际情况，利用现场 原材料，配制抗泛碱混凝土，为解决工地混凝土泛碱提供一种可行方案。 第二章原材料与试验方法 7 2 1 原材料 第二章原材料与试验方法 2 1 1 水泥 采用重庆拉法基水泥有限公司生产的p 0 4 2 5 r 强度等级的水泥，比表面积为 4 0 5 m 2 k g ，其物理性能和主要化学成分见表2 1 和表2 6 。 表2 1 水泥的物理性能 t a b 2 1p h y s i c a lp r o p e r t yo fc e m e n t 细度初凝终凝安定性抗压强度( m p a )抗折强度( m p a ) ( ) 时间时间 ( m m )3 d2 8 d3 d2 8 d 1 o2 h d o m i n3 h 4 0 m i n1 52 8 35 2 75 98 7 2 1 2 矿物掺合料 硅粉 采用上海埃肯公司生产的硅灰，比表面积约为2 0 0 0 0 m 2 k g ，其物理性能和主 要化学成分见表2 2 和表2 6 。 表2 2 硅灰的物理性能 t a b 2 2p h y s i c a lp r o p e r t yo fs i l i c af u m e 二氧化硅含量需水量比烧失量2 8 天活性指数 ( )( )( )( ) 8 6 91 1 12 4 31 0 8 粉煤灰 采用重庆开元粉煤灰公司生产的一级磨细粉煤灰，比表面积为4 6 0 m 2 k g ，其 物理性能和主要化学成分见表2 3 和表2 6 。 表2 3 粉煤灰的物理性 t a b 2 3p h y s i c a lp r o p e r t yo ff l ya s h 烧失量需水量比含水率2 8 天活性指数 ( )( )( )( ) 6 2 89 4 4o 17 4 5 8 第二章原材料与试验方法 矿渣粉 采用重庆环亚建材厂生产的s 9 5 级矿渣粉，比表面积为4 2 5 m 2 k g ，其物理性 能和主要化学成分见表2 4 和表2 6 。 表2 4 矿渣粉的物理性能 t a b 2 4p h y s i c a lp r o p e r t yo fs l a g 流动度比烧失量活性指数( ) ( )( )7 d2 8 d 9 51 2 57 81 0 6 沸石粉 采用浙江海科工程材料有限公司生产的i 级沸石粉，比表面积为3 1 2 m 2 k g ，其 物理性能和主要化学成分见表2 5 和表2 6 。 表2 5 沸石粉的物理性能 t a b 2 5p h y s i c a lp r o p e r t yo fz e o l i t ep o w d e r 吸铵值 需水量比细度2 8 天抗压强度比 ( m o l l o o g ) ( )( )( ) 1 3 51 1 647 8 表2 6 水泥和矿物掺合料的化学成分( ) t a b 2 6c h e m i c a lc o m p o s i t i o no fc e m e n ta n dm i n e r a la d m i x t u r e ( ) 材料 s i 0 2c a o a 1 2 0 3f e 2 0 3m g o s 0 3k 2 0n a 2 0l o s s 水泥2 1 5 15 9 2 1 6 2 24 4 82 6 22 3 2o 8 3o 2 3 1 5 8 硅粉 8 6 9 0o 9 3 1 1 4 3 9 4 0 3 9o 5 30 9 0o 8 33 7 4 粉煤灰 4 0 2 74 4 62 5 3 01 5 4 2o 4 6o 7 3 0 9 1 o 7 8 6 2 8 矿渣粉 3 3 1 44 0 0 01 2 9 l2 8 06 7 50 0 4o 4 00 7 5 1 2 5 沸石粉 6 9 1 02 5 41 1 6 80 9 1 i f3 2 11 3 9 8 6 9 2 1 3 集料 细集料 采用简阳河砂，去除粒径大于4 7 5 m m 的颗粒，其颗粒级配曲线见图2 1 ，性 能指标见表2 7 。 第二章原材料与试验方法 9 1 2 0 1 0 0 邑8 0 钳 冬6 0 舡 蓍4 0 2 0 o 0 1 50 30 61 1 82 3 64 7 5 筛孔盲径( m m ) 图2 1 细集料级配曲线 f i g 2 1g r a d i n gc u r v eo ff i n ea g g r e g a t e 表2 7 砂的性能指标 玑l b 2 7p e r f o r m a n c ei n d e xo f s a n d 含泥量表观密度 细度模数有机物含量 ( ) ( g c m 3 ) 2 70 7 合格 2 6 4 粗集料 采用5 2 0 r a m 连续级配的石灰岩碎石，去除粒径小于4 7 5 r a m 的颗粒，其颗粒 级配曲线见图2 2 ，性能指标见表2 8 。 1 2 0 l o o 8 0 6 0 4 0 2 0 0 2 3 64 7 59 5 筛孔直径( t f l m ) 图2 2 粗集料级配曲线 f i g 2 2g r a d i n gc u r v eo fc o a r s ea g g r e g a t e 一永一僻求忸魁赠 1 0 第二章原材料与试验方法 表2 8 碎石的性能指标 t a b 2 8p e r f o r m a n c ei n d e x o f c r u s h e da g g r e g a t e 针片状颗粒含量含泥量压碎值表观密度 ( ) ( )( ) ( g c m 3 ) 4 4 o 4 9 02 7 2 2 1 4 外加剂 减水剂 采用重庆智翔公司生产的l w - 1 0 0 奈系高效减水剂和四川科帅公司生产的k s 聚羧酸系高效减水剂，其中萘系减水剂为粉末状，聚羧酸系减水剂为水剂，其推 荐掺量及相关匀质性指标见表2 9 。 表2 9 减水剂推荐掺量及其匀质性指标 t a b 2 9r e c o n u n e n dq u a n t i t ya n du n i f o r m i t yi n d e xo f w a t e rr e d u c e r 。 推荐掺量( )p h 值氯离子含量( )硫酸钠含量( )碱含量( n a 2 0 + 0 6 5 8 k 2 0 ) ( ) l w - 1 0 01 0 - 2 08 3 o 41 8 39 4 k s0 8 1 07 40 0 1 9|0 1 9 2 引气剂 采用重庆油脂化学厂生产的十二醇硫酸钠( 简称k 1 2 粉) 。 2 1 5 水 采用自来水。 2 1 6 防水涂料 水泥基渗透结晶型防水涂料 采用美国i c s p e n e t r o n 国际有限公司生产的p e n e t r o n4 0 1 防水涂料，深灰色 粉状固体。 水泥基渗透非结晶型防水涂料 采用北京领邦施而固新材料股份有限公司生产的施而固u s - 1 5 1 0 防水涂料，蓝 灰色粉状固体加白色乳液。 水性渗透型无机防水剂 采用杭州众城防水工程有限公司生产的m 1 5 0 0 无机水性水泥密封防水剂，半透 明状液体。 第二章原材料与试验方法 2 2 试验方法 为了满足本研究的需要，通过分析泛碱形成的外部环境条件，结合已有的相 关试验方法和客观试验条件，通过对比三种不同环境条件下混凝土试件泛碱的快 慢明显程度，综合分析后确定一种在试验室条件下模拟混凝土泛碱的试验方法。 2 2 1 混凝土泛碱的环境条件 根据干粉砂浆在高湿度( 9 0 r h ) 和低温度( 5 ) 的环境条件下泛碱效果显著【1 5 】 以及已有的混凝土泛碱试验( 如半浸水法：试件半浸水，环境温度7 c ，5 0 r h ，风 速0 1 - - 0 2 m s ) 瞵j 和( g b t 2 5 4 2 2 0 0 3 砌墙砖试验方法中的砌墙砖泛霜试验( 试 件半浸水，环境温度1 6 c - 3 2 ，3 5 - - - 6 0 r h ) 【l6 】等方法所使用的环境条件，本研 究拟通过创造干湿循环、高低温变换和适度风速的外部环境条件来实现砼泛碱。 2 2 2 试件的制备 经过反复试验后，根据混凝土是由粗集料镶嵌于砂浆基体中所形成以及泛碱 成分主要来自于水泥( 使用不含可溶成分的集料) 等理论，用混凝土的砂浆组分 制作泛碱试件。 依据表2 1 0 的基准混凝土配合比，采用强制式搅拌机制备塌落度为7 0 - - 一9 0 n u n 且和易性良好的c 3 0 混凝土。将新拌混凝土通过4 7 5 r n m 的方孔筛，并将其砂浆 放入自制的1 5 1 5 xl c m 的木模( 内表面用透明胶带粘贴，见图2 3 ) ，手振l m i n 后用镘刀大致刮平表面，大约3 h 后再用镘刀将试件表面仔细修平。 表2 1 0 基准混凝土配合比 t a b 2 10p r o p o r t i o no fr e f e r e n c ec o n c r e t e 材料用量( k g m s ) 2 8 d 抗压强度塌落度 水灰比 ( m m ) 水泥水 砂 石 ( m p a ) 8 00 4 94 3 02 1 06 4 31 0 9 7 3 5 6 第一 原材料o 试验方法 疋 围23 木模 f i g23 w o o d m o u l d 22 3 试验方法的选择 方法一 用术模成型三个试件，将其用镘刀完全修平后，把试件带模放入养护室中， 养护室湿度设为9 0 r h ，温度设为5 c ，养护2 4 小时后拿出放在室内，室内温度 为2 0 2 5 c ，相对湿度为5 0 6 0 然后将其分层放置于特制的木质支架上，在 距试件中心距离为5 0 c m 处用功率为4 0 w 的转叶扇吹风2 4 小时，风速约为1l m s ( 用微风速仪测定) ，见图2 4 。通过反复采取以上方法来实现砂浆试样在干湿环 境下的循环养护。分别在1 次循环、2 次循环、3 次循环、5 次循环、7 次循环后 测试三个试件顶面的相对泛碱面积( 试件顶面泛碱面积占其面积的百分比) ，取平 均值作为最终试验结果( 见表2 1 1 ) 。 裹21 1 不同循环次数下的试件相对泛碱面积 t a b21 ir e l a t i v ee f f l o r e s c e n c ea r e a o f o f s p e c i m e na t t h ed i f f e r e n te x p e r i m e n t t i m e 循环次数1 敬2 敞 3 次 5 次 7 次 相对泛碱面积 1 74 61 74 71 75 0 ( ) 重j 酒透j 尊二章原材辩与试验方法 田2 4 谴件寰面千爆田 f i g 2 4 d r y i n g p i c t u r e o f s p e c l m e n $ u r f s 曲 方法二 用木模成型三组试件，每组3 块，将其用镘刀完全修平后，把试件带模放入 湿度大于9 5 r h ，温度为2 0 2 标准养护室中，2 天后取出脱模并重新放入标 养室分别标养7 天、1 4 天、2 8 天后取出放入室内，室内温度为7 1 1 ，相对 湿度为5 0 6 0 9 i ，然后用加热熔融的石蜡把养护到期的每组试件的侧面涂封，特涂 封石蜡冷却变硬后，将其顶面朝下放入托盘中并分别用3 个小支垫支起使其与托 盘底面分离随后缓缓向托盘中注水至淹没试件约5 曲n 处，切勿使水花溅落至试 件表面，在距离托盘中心5 0 c m 处用4 0 w 的转叶扇连续吹风，风速约为1 1 m s ， 如图2 5 所示。试验过程中每鞴一天将转叶扇调换至相对位置继续吹风，以保持试 件所受风量均匀，同时注意保持托盘中的水量不变。 每组养护龄期不同的试件分别在试验至3 天、7 天、1 1 天、1 4 天时从水中取 出，用干毛巾擦拭其浸水底面和侧面的水分后测试其未浸水顶面的相对泛碱面积 ( 试件未浸水顶面泛碱面积占其面积的百分比) ，然后继续半浸入水中直至试验结 束取该组3 个试件相对泛碱面积的平均值作为该组试件的测试结果( 见表2 1 2 ) 。 寰21 2 不同养护瞥期的试件相对泛碱面积 试验特期 养护龄期 3 d 1 4 d 7 d1 7 e 22 3 7 73 5 3 45 78 0 1 h i1 2 1 41 62 54 3 6 8 2 8 d7 3 9“9 21 75 1 3 44 6 第二章最材料与试验方法 田25 试件泛碱装量 f i 9 25 e q u i p m e n t o f s p e c i m e ne f f l o r e s c e n c e 方法三 按照“方法二”，用术模成型三组试件，每组三块，在标准养护室中分别养护 7 天、1 4 天、2 8 天后取出放在同样的室内环境中，然后用石蜡将试件的侧面涂封 将其顶面朝下放入托盘中井使其与托盘底面分离，随后缓缓向托盘中注水至淹没 试件约5 m m 处。 将试件浸水1 4 h 后取出，用1 7 1 7 c m 的塑料薄膜把试件浸水面包封并且用透 明胶带把多余薄膜固定在试件侧面，然后将试件包封面朝下放在木工板上放入烘 箱中，把烘箱温度设定为加烘干试件9 h 后取出，最后将试件上的塑料薄膜去掉 并经冷却后重新如上所述半浸入水中，重复上述步骤。 在本试验中，泛碱试件的试验顺序为先半浸入水中，然后再放入烘箱中。该 试验一天为一次循环，其中用塑料薄膜包