基于硫酸盐干湿循环下掺玻璃粉混凝土的耐久性分析_汪金满.pdf

第4 1卷 第3期V o l.4 1 N o.3材 料 科 学 与 工 程 学 报J o u r n a l o fM a t e r i a l sS c i e n c e&E n g i n e e r i n g总第2 0 3期J u n.2 0 2 3文章编号:1 6 7 3-2 8 1 2(2 0 2 3)0 3-0 4 8 1-0 8基于硫酸盐干湿循环下掺玻璃粉混凝土的耐久性分析汪金满1,王 鑫2,吴多明1,石旭东1(1.甘肃省第五建设集团有限责任公司,甘肃 天水7 4 1 0 0 0;2.天水师范学院 土木工程学院,甘肃 天水7 4 1 0 0 1)【摘 要】为研究掺玻璃粉及硅灰对混凝土耐久性的影响,设计硫酸盐干湿循环试验,通过耐腐蚀系数、相对动弹性模量评价参数及相对质量评价参数,对比分析不同掺量玻璃粉及硅灰对混凝土耐久性能的影响。利用X射线衍射(X R D)检测、扫描电子显微镜(S E M)观察及能量色散X射线能谱(E D S)分析,对比研究基准组试件及掺玻璃粉试件经标准养护至不同龄期时水化产物的异同,深入探究硫酸盐干湿循环环境下玻璃粉对混凝土破坏机理的影响。并对新拌混凝土进行坍落度与扩展度试验,以此分析玻璃粉与硅灰对混凝土和易性的影响。结果表明:玻璃粉与硅灰复掺对混凝土耐久性能起优化作用,其中玻璃粉掺量不宜超过1 0%,适量范围内硅灰掺量越大越好;标准养护至5 6d及1 2 0d时,掺玻璃粉及硅灰试件相比于基准组试件水化产物中S i O2含量较高;掺玻璃粉及硅灰时,混凝土经硫酸盐干湿循环破坏后的生成物主要为棒状石膏,且存在大量硫酸钠晶体;玻璃粉复掺硅灰对混凝土和易性起优化作用。【关键词】玻璃粉;硅灰;混凝土耐久性;X射线衍射;扫描电镜中图分类号:TU 5 2 8.5 7 文献标志码:AD O I:1 0.1 4 1 3 6/j.c n k i.i s s n 1 6 7 3-2 8 1 2.2 0 2 3.0 3.0 2 3收稿日期:2 0 2 1-0 8-2 9;修订日期:2 0 2 1-1 2-1 4基金项目:国家自然科学基金资助项目(5 2 0 6 8 0 6 3);甘肃省科技计划资助项目(2 1 J R 1 R E 2 8 6);甘肃省住房和城乡建设厅科研资助项目(J K 2 0 1 9-1 1);甘肃省高等学校创新基金资助项目(2 0 2 0 B-1 7 3)作者简介:汪金满(1 9 7 8),男,甘肃陇西人,高级工程师,主要研究方向:建筑施工技术。E-m a i l:7 9 1 5 8 6 7 9 9q q.c o m。通信作者:王 鑫(1 9 7 1),女,汉族,陕西蓝田人,副教授,博士,主要从事结构健康监测研究。D u r a b i l i t yA n a l y s i so fC o n c r e t eM i x e dw i t hG l a s sP o w d e ru n d e rD r y-w e tC y c l eB a s e do nS u l f a t eWA N GJ i n m a n1,WA N GX i n2,WUD u o m i n g1,S H IX u d o n g1(1.G a n s uP r o v i n c eF i f t hC o n s t r u c t i o nG r o u pC o.,L t d,T i a n s h u i 7 4 1 0 0 0,C h i n a;2.S c h o o l o fC i v i lE n g i n e e r i n g,T i a n s h u iN o r m a lU n i v e r s i t y,T i a n s h u i 7 4 1 0 0 1,C h i n a)【A b s t r a c t】I no r d e rt os t u d yt h ee f f e c to fg l a s sp o w d e rm i x e dw i t hs i l i c af u m eo nt h ed u r a b i l i t yo fc o n c r e t e,t h ed r y-w e tc y c l i ct e s to fs u l f a t ew a sd e s i g n e d.C o m p a r a t i v ea n a l y s i so fd i f f e r e n tc o n t e n t so fg l a s sp o w d e ra n ds i l i c a f u m eo nt h ed u r a b i l i t yo fc o n c r e t ew a ss t u d i e d.T h r o u g hX R D,S EMa n dE D Sa n a l y s i s,t h ed i f f e r e n c e sa n ds i m i l a r i t i e so fh y d r a t i o np r o d u c t sb e t w e e nr e f e r e n c eg r o u ps p e c i m e n sa n dg l a s sp o w d e r-d o p e ds p e c i m e n sw e r ec o m p a r e d.T h ee f f e c to fg l a s sp o w d e ro nt h ef a i l u r em e c h a n i s m o fc o n c r e t ei nt h ed r y-w e ts u l f a t ec y c l i n ge n v i r o n m e n tw a s i n v e s t i g a t e d.T h e r e s u l t s s h o wt h a t t h em i x t u r eo f g l a s sp o w d e r a n ds i l i c a f u m ec a no p t i m i z e t h ed u r a b i l i t yo f c o n c r e t e.T h e c o n t e n t o f g l a s sp o w d e r s h o u l dn o t e x c e e d1 0%,a n d t h em o r e s i l i c af u m e t h eb e t t e r.A t5 6 da n d1 2 0 da f t e rs t a n d a r dc u r i n g,t h ec o n t e n to fS i O2i nh y d r a t e dp r o d u c t so fg l a s sp o w d e ra n ds i l i c af u m ew a sh i g h e rt h a nt h a to ft h er e f e r e n c eg r o u p.Wh e ng l a s sp o w d e ra n ds i l i c af u m ea r ea d d e d,t h em a i np r o d u c t so f c o n c r e t ea f t e r t h ed r y-w e t c y c l eo f s u l f a t ea r e r o d-s h a p e dg y p s u m,a n dt h e r ea r eal o to f s o d i u ms u l f a t ec r y s t a l s.【K e yw o r d s】G l a s sp o w d e r;S i l i c a f u m e;D u r a b i l i t y;X-r a yd i f f r a c t i o n;s c a n n i n ge l e c t r o nm i c r o s c o p e1 前 言 玻璃作为重要建筑材料,不仅可以制作各式各样的装饰品及陈列品,更是现代建筑装饰不可或缺的材料。然而废弃玻璃的处理却成了社会性难题,大量废弃玻璃丢弃在垃圾场形成“闪色污染”1。研究2-3表明欧洲多国早已开展废玻璃的回收利用研究,且利用率高达7 0%左右,而我国对废弃玻璃的利用率仅有2 5%3 0%。近年来水泥用量持续增长,研究者们4-6对水泥进行了大量研究,但仍未找到有效节约水泥的方法。因此若能以玻璃粉代替部分水泥用以制备混凝土,不仅可为回收利用废弃玻璃提供新的途径,更能降低水泥用量。万里等7从工作性能、强度以及干燥收缩等方面对掺不同比例玻璃粉的混凝土进行了研究,结果表明,玻璃粉对混凝土工作性能有所改善,并可减小混凝土的干燥收缩,但对于混凝土强度有不利影响。黄炎林等8就玻璃粉代替部分细骨料后混凝土的坍落度、抗压强度以及劈裂拉伸强度等进行了研究,结果表明,玻璃粉代替部分细骨料后对混凝土坍落度及强度有不利影响。张文星等9就玻璃粉与玻璃砂共同掺加制备的混凝土力学性能进行了研究,结果表明,掺加玻璃粉与玻璃砂制备的混凝土密实度增强、强度提高。柯国军等1 0对1.5m与2.0m落锤高度的掺玻璃粉混凝土动态力学性能进行了研究,并提出了表征掺玻璃粉混凝土动态损伤本构方程,研究结果表明,混凝土抗压强度随玻璃粉掺量的增大而降低。严桂凤等1 1以玻璃粉替代水泥胶砂及混凝土中部分胶凝材料制备相应试件,并从不同水灰比及不同玻璃粉掺量角度对相应水泥胶砂与混凝土强度进行了研究,结果表明,玻璃粉对水泥胶砂与混凝土的流动性以及强度等影响较小。文献1 2-1 3 亦是对玻璃粉取代部分水泥后的混凝土力学性能以及微观结构进行了相应研究,结果表明,玻璃粉的掺加对混凝土力学性能有一定的提升作用。F o u a d等1 4将玻璃粉以2 0%或3 0%的替代率代替部分水泥,对混凝土显微组织与湿热性能进行了研究,结果表明,新拌和状态下混凝土稠度分别提高4 1%和5 5%,硬化状态下玻璃粉的掺加增加了孔隙率。截至目前,国内外学者对废弃玻璃运用于混凝土的相关研究主要集中在玻璃代替部分原材料后对混凝土的力学性能与显微结构的影响,而对于玻璃粉复掺矿物掺合料后混凝土耐久性能的影响研究鲜有报道。基于此,本研究设计了硫酸盐干湿循环试验,通过耐腐蚀系数、相对动弹性模量评价参数及相对质量评价参数,分析不同掺量玻璃粉及硅灰复掺对混凝土耐久性能的影响。利用X R D(X射线衍射分析)、S EM(扫描电子显微镜)及E D S(能量弥散X射线谱)检测,分析标准养护下玻璃粉复掺硅灰是否影响混凝土正常水化,且深入探究复掺玻璃粉及硅灰混凝土受硫酸盐干湿循环侵蚀破坏的机理。并以坍落度与扩展度试验分析玻璃粉与硅灰复掺对混凝土和易性的影响,进而为废弃玻璃回收利用混凝土能否应用于实际工程提供技术支撑。2 实 验2.1 原材料 此次试验所需水泥为PO4 2.5普通硅酸盐水泥,其性能指标及化学成分如表1及表2所示。所需粗细骨料皆由当地搅拌站提供,质量符合J G J5 2-2 0 0 6 普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准。试验所用硅灰各项性能指标如表3所示。所用玻璃粉为废弃啤酒瓶玻璃细磨成粉所得,化学成分如表4所示。混凝土搅拌用水为试验室自来水,质量符合J G J 6 3-2 0 0 6 混凝土用水标准。表1 PO4 2.5普通硅酸盐水泥各项性能指标T a b l e1 P e r f o r m a n c e i n d e x e so fPO4 2.5o r d i n a r yp o r t l a n dc e m e n tS e t t i n gt i m e/m i nI n i t i a lF i n a lS t a b i l i t yC o m