活性摻合料礦渣對砂漿抗酸雨侵蝕性能的試驗.doc

活性摻合料礦渣對砂漿抗酸雨侵蝕性能的試驗研究【摘 要】試驗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。試驗采用的是“三濕四干”干濕循環(huán)方式加速試驗的進程且較好地模擬了現(xiàn)實環(huán)境，按長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。試驗中可以得出結(jié)論：在合適的礦渣摻量下，試件抗折強度逐漸上升，合適摻量的礦渣等量取代水泥，經(jīng)模擬酸雨循環(huán)腐蝕后的試件強度均高于同等條件下純水泥砂漿試件的強度，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。試驗中以20%的礦渣摻量、1.5的砂膠比配合提高效應最顯著。.【關(guān)鍵詞】.礦渣；砂膠比；酸雨；干濕循環(huán)；抗折強度.【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混凝土材料科研人員的研究熱點，也成為研究重點。導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)境問題，大量的調(diào)查結(jié)果表明，酸雨不僅對生態(tài)系統(tǒng)、農(nóng)作物，而且對各種建筑材料及文化資源都會產(chǎn)生嚴重的影響。我國對酸雨的研究和檢測起步較晚。1981年至1983年，全國開展了酸雨的調(diào)查。檢測結(jié)果表明，全國有20個省、市、自治區(qū)不同程度地出現(xiàn)了酸雨，占普查總數(shù)的87%，最嚴重的是江南區(qū)域。長江以南的蘇州、廣州、貴陽等城市，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)部門對此問題已予以高度重視。目前已有一些研究人員針對酸沉降對混凝土的腐蝕機理、 實驗方法及獲得的主要成果進行了一些研究，取得了一些成果。毫無疑問，隨著時間的推移，這方面的研究將會有更多的發(fā)展，將會得到相關(guān)人士的更多關(guān)注。.本試驗旨在探討不同礦渣取代率下的砂漿的抗酸雨侵蝕的能力。研究礦渣微粉對水泥砂漿性能的影響，不但可以促進工業(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)實的技術(shù)途徑。.1. 試驗方案.1.1 .原材料。水泥:湖南海螺42.5級普通硅酸鹽水泥，28d抗折強度為9.8mpa，抗壓強度為48.2 mpa；.礦渣:江西聯(lián)達高新建材廠生產(chǎn)s95級粒化高爐礦渣細粉，密度2.88g/cm3，比表面435m2/kg；水:普通自來水；砂:湘江河砂，細度模數(shù)2.7，屬ii區(qū)中砂，最大粒徑4.75mm；水泥、礦渣的化學組成見表1。1.2 .試件成型。本次試驗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，每個配合比攪拌砂漿20l，分批裝入113根圓管，以測定在酸雨侵蝕下砂漿的強度等的性能變化；2個40mm40mm160mm三連模，以測定在酸雨侵蝕下砂漿的質(zhì)量變化。試驗采用攪拌機攪拌，振動臺振動成型后，立即放入標準養(yǎng)護室養(yǎng)護，養(yǎng)護2d，拆模后入清水中養(yǎng)護至28d后分別浸泡清水與酸雨溶液中，進行對比試驗。.1.3 試驗方法：干濕循環(huán)浸泡法（1）成型的試件于2d后拆模，并放入標準養(yǎng)護室養(yǎng)護至28d，并測得28d的相關(guān)初始試件性能：抗折強度，初始質(zhì)量；（2）按設(shè)計好的比例配制出試驗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，再取出放置于實驗室特制試件架上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)范測定其抗折強度、質(zhì)量變化。1.4 評價指標。（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度之比來表示，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度(mpa)；fw試件在20清水中養(yǎng)護至同齡期抗折強度(mpa)。.（2）質(zhì)量變化率質(zhì)量變化率=.各測試齡期質(zhì)量-28d初始質(zhì)量.28d初始質(zhì)量.（2）.2. 試驗結(jié)果與討論.2.1 水中養(yǎng)護的強度2.1.1 當砂膠比ms/mb =2.5時，清水養(yǎng)護中的試件強度大多呈上升趨勢，尤其是礦渣摻量較少的s2，s4及基準s0組，但早期基準組高于其他組，后期則隨著礦渣摻量的大小而顯示不同的效應。s2，s4組隨試驗的進行強度值逐漸增強且大大高于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，活性沒有發(fā)揮出來，使得水泥水化產(chǎn)物減少，故早期強度發(fā)展較慢。而在后期，發(fā)生的二次水化反應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，故強度有了提高，且隨著時間的進行增強效應更顯著。而對于摻量較大的組二次水化反應的生成物不足以使強度提高較快，故實驗強度值不及基準組。 .圖3 清水中砂膠比不同時砂漿的抗折強度 .圖4 清水中齡期不同時砂漿的抗折強度 .圖5 模擬酸液中礦渣摻量對砂漿抗折強度的影響 .2.1.2 當砂膠比ms/mb發(fā)生變化時：從圖3，圖4中可看出，礦渣的增強效應隨著砂膠比的相對降低發(fā)揮得更加顯著。s2b試驗組的強度值接近成直線增加，且較高于其他組。這是因為砂適量的減少則水泥漿相對增多，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)，提高水泥石的密實性，而起到更好的提高強度的作用。2.2 模擬酸雨干濕循環(huán)腐蝕后的強度2.2.1 .當砂膠比ms/mb=2.5時，在ph值為4.0的模擬酸雨條件下礦渣微粉摻量對經(jīng)模擬酸雨干濕交替循環(huán)腐蝕后的水泥砂漿試件強度的影響見圖5，圖6。.從圖5、圖6可知：在模擬酸雨中強度變化的總體趨勢是先升高后降低。由圖知，早期發(fā)展規(guī)律和清水中的類似，28d抗折強度因礦渣的加入而使得純水泥砂漿試件的強度值高于其他試驗組，但后期強度則相反：摻量不大的試驗組s2和s4均高于基準組s0，較大摻量的s6，s8組則依然低于s0組。隨著試驗的進行，在8次（試件開始浸泡后歷時一周即干濕循環(huán)一次：7天一個循環(huán)）干濕循環(huán)腐蝕之后摻有礦渣微粉試件和基準組的純水泥砂漿試件的抗折強度均開始下降，但是下降的趨勢各不相同。而且就礦渣的性能而言，較少摻量的s2，s4組其抗折強度值在試驗中均高于s0組，但大摻量的s6，s8卻低于基準組，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 當砂膠比ms/mb發(fā)生變化時，在ph值為4.0的模擬酸雨條件下礦渣微粉摻量對經(jīng)模擬酸雨干濕交替循環(huán)腐蝕后的水泥砂漿試件強度的影響見圖7，圖8。從上圖（圖7、圖8）中可以得知：在本試驗條件下，砂膠比降低的試驗組s2a、s2b使得水泥砂漿的抗折強度值大大高于基準組及較大的砂膠比組s2。礦渣取代率相同（20%）而砂量不同時，s2b組（ms/mb=1.5）中各點值都高于s2a（=2.0）組及s2（ms/mb=2.5），且隨著試驗干濕循環(huán)次數(shù)的增加其下降的趨勢遠比其他組要平緩。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)來衡量。圖9為礦渣摻量發(fā)生變化時水泥砂漿試件的抗蝕系數(shù)，總體的變化趨勢是：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)值下降的速度卻遠比s4組平緩。圖10為砂膠比不同時砂漿試件的抗蝕系數(shù)。從圖中可知，純水泥砂漿的基準組抗試系數(shù)最低且呈明顯的下降趨勢，其他礦渣摻量則體現(xiàn)出較強的抗蝕性能，不僅強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)護的質(zhì)量變化。試驗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)量損失率來體現(xiàn)此變化，其計算關(guān)系式為：質(zhì)量損失率=各測試齡期的質(zhì)量28d初始質(zhì)量。這樣進行比較則圖中點在豎軸零點上表示質(zhì)量增長，零點以下則表示質(zhì)量的減少。 從圖11可看出，在本試驗條件下，無論砂膠比的大小隨著試驗的進行各試驗組膠砂的質(zhì)量在20w后均呈現(xiàn)增長的趨勢，這是因為水泥石中的水化反應持續(xù)進行著，齡期越長產(chǎn)生的水化物越多，從而質(zhì)量得到增長。圖11中則可看出s2a組的增重保重效應最好。 2.5 模擬酸雨干濕循環(huán)腐蝕后的質(zhì)量變化2.5.1 當砂膠比ms/mb =2.5時，與清水中一樣的進行比較，用質(zhì)量損失率來體現(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，試驗的具體結(jié)果在下圖13，從中可以看出循環(huán)了4次時的質(zhì)量變化還沒有特定的規(guī)律，這是試驗時間較短，試驗條件有限等而導致的。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)增長的趨勢，12次循環(huán)后所有試驗組的質(zhì)量都有增加，即礦渣試驗組持續(xù)增重。16次與20次中質(zhì)量呈減少的趨勢，而且基準組的減少程度遠大于礦渣摻合組。并且整個圖中s2組的各點離散性最少，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。此上分析說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 當砂膠比ms/mb =2.0和1.5時，從圖14 中可看出s2a組則體現(xiàn)出最好的性能，由此可知對于質(zhì)量而言含砂量相對較少的更有利水泥砂漿的發(fā)展，這點與上述抗折強度的發(fā)展規(guī)律是一致的。3 結(jié)論.（1）在本試驗條件下，在清水中浸泡養(yǎng)護的不同礦渣微粉摻量的水泥砂漿試件的抗折強度值及質(zhì)量在后期都呈上升的趨勢，且適當?shù)膿搅吭鰪娦用黠@。.（2）適宜的礦渣微粉摻量和相對較小的砂膠比對水泥砂漿在ph值為4.0的模擬酸雨條件下保持其強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較小的砂膠比對水泥砂漿在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