随着社会及经济的发展,各国对混凝土的需求量也越来越大,混凝土很可能满足不了建筑工程对材料日益增长的要求,因此各国科学家在研究同等替代材料的同时也探究外加掺料是否会对已有的混凝土性能产生不良影响。关于外加材料对水泥基材料影响的研究,总结概括如下:
(1)在应用混凝土时,如何控制由水泥水化热而引起的裂缝,成为长期困扰人们的一大难题。经过研究发现,MgO可以和水反应,生成Mg(OH)2,在这一过程中,自身体积膨胀,可以有效弥补混凝土的体积变化,所以在混凝土中掺加一定量的MgO膨胀剂,可以有效的控制混凝土的裂缝开展。祁晶[1]通过试验研究和ANSYS数值模拟结合的方法,对膨胀剂混凝土的基本力学性能做研究。实验结果表明:在常规C40混凝土中加入不同比例的膨胀剂,其抗压强度会有所下降,但是下降的幅度不是很大(下降6%左右),能满足其强度要求,所以不会影响其正常的承压,常规C40混凝土最佳膨胀剂含量为40 kg/m3。混凝土的升温是影响混凝土开裂的一个重要因素,所以从控制混凝土开裂的角度来说,加膨胀剂是一种实用的方法。
(2) 刘云鹏、庞凌[2]等人对热闷和热泼钢渣砂进行稳定性评价,包括其粉化率、不同粒径范围钢渣砂的f-CaO含量及浸水膨胀率,研究了不同处理工艺钢渣砂体积稳定性能的变化规律。结果表明:热泼钢渣砂平均蒸汽粉化率和压蒸粉化率分别比热闷钢渣砂大30%和62%,与蒸汽粉化率相比,压蒸粉化率更能表征钢渣砂体积稳定性差异;钢渣砂中f-CaO含量与处理工艺及粒径范围有关,热闷钢渣砂f-CaO含量较低,热泼钢渣砂f-CaO含量受粒径影响较大;浸水膨胀率受处理工艺影响明显,热闷钢渣砂浸水膨胀率仅为0.45%,体积稳定性较好,而热泼钢渣砂浸水膨胀率为4.8%,体积稳定性较差;从相关性看,f-CaO含量是影响钢渣砂蒸汽粉化率指标的主要因素,水浴龄期是影响钢渣砂浸水膨胀率差值指标的主要因素。
(3) 韩宏伟[3]为了研究粉煤灰对低水胶比混凝土体积稳定性的影响,设定相应实验,测量记载了掺入粉煤灰的低水胶比混凝土的早期自收缩、塑性收缩开裂和长期干缩数据,试验结果表明,粉煤灰的使用有效提高了低水胶比混凝土的体积稳定性,混凝土在塑性阶段裂缝出现的时间随着粉煤灰掺量的增加而延后,塑性收缩裂缝的最大宽度、单位面积的总开裂面积和平均开裂面积均出现明显的降低,说明粉煤灰混凝土的早期抗裂能力提高,自收缩率降低幅度较大,其长期干燥收缩率也有所降低;粉煤灰的掺量达到30%时,混凝土的体积稳定性大幅度提高。随着粉煤灰掺量的增加,可以有效降低混凝土的自收缩率和长期干燥收缩率。从掺量10%增加到40%时,混凝土120h时的自收缩率较基准混凝土减小了7.5%、18.6%、24.9%和30.2%。当粉煤灰掺量为40%时,其3、7、28d和90d龄期时的干燥收缩率较未掺粉煤灰的基准组混凝土分别降低68.8%、59. 1%、45.5%、29.1%。
(4) 实现高镁石灰石资源高效利用是硅酸盐水泥熟料化学研究的现实需要,是水泥工业急需解决的重大问题。宋强[4]为了解决这一问题,考察了石灰岩中白云石结晶状态、分布形式与熟料中方镁石赋存状态之间的关系;分析了熟料中方镁石结晶生长过程,晶体尺寸分布规律和方镁石矿巢形成原因;研究了MgO对铝相、铁相晶型和含量的作用规律;揭示了水化产物中水化硅酸镁(M-S-H)的存在形式;表征了用低活性MgO制备的M-S-H和镁铝层状双金属氢氧化物(Mg-Al LDHs)的结构。研究拓展了人们对于Mg2 在水泥中赋存形式的认识,对解决高镁石灰石资源的高效利用问题提供了理论基础。通过实验得出以下结论:MgO含量超过3.0%的熟料,方镁石含量与水泥浆体体积变形有很好的相关性。方镁石含量越高的水泥在干燥和水浴环境中具有更小收缩和更大的膨胀。
(5) 减缩剂是一种由亲水性的头部与疏水性的尾部共价键组成的表面活性剂,在水泥基材料的孔隙溶液中会吸附于非极性界面,降低其表面张力,抑制水泥基材料收缩开裂,被认为是防止水泥基材料收缩开裂的有效方法之一。孔爱散和周长顺[5]从干燥收缩、自收缩、塑性收缩以及徐变四个方面详细介绍了减缩剂改性水泥基材料体积稳定性的研究进展,并重点探讨了减缩剂对水泥基材料收缩性能的影响和作用机理,针对当前减缩剂研究存在的问题进行了探讨,经过分析得出了以下结论:SRA(混凝土减缩剂)可以不同程度地减少胶凝材料的收缩,包括自收缩(15. 2%~68.8%),干燥收缩(15.0%~80%),塑性收缩和化学收缩,其对不同类型收缩的影响机理相似,主要归结为降低表面张力、孔隙溶液离子浓度,调节相对湿度和膨胀效应。此外,SRA和外加剂(如:膨胀剂)的组合使用对减少收缩具有更好的效果。同时,SRA还可以减少混凝土的徐变。
(6) 彭程康琰、耿春东[6]等人根据UHPC具有较好的抗冲磨性能和收缩大的问题,研究了不同种类、掺量的膨胀剂和陶砂对UHPC抗冲磨性能和体积稳定性(收缩)的影响规律,通过力学性能、长期性能等测试方法对其性能进行分析。研究结果表明,在相同条件下,随着饱水预湿高强陶砂体积掺量提高,UHPC收缩减小,但抗冲磨强度下降,陶砂的体积掺量应控制在10%~20%;掺入CaO类膨胀剂,可以显著降低UHPC的收缩。随着膨胀剂掺量的增加,其补偿了UHPC胶凝材料水化产生的收缩,使混凝土的收缩大大减少。但膨胀剂掺量过高达到8%后,部分膨胀剂无足够的水发生水化反应,其体积稳定性反而不如膨胀剂掺量为6%的试样。预湿陶砂内养护和膨胀剂补偿收缩的协同作用显著降低UHPC的收缩。
根据上述所列出的部分文献研究,在水泥净浆体积稳定性影响因素方面,目前的研究主要关注了普通混凝土、高强混凝土、高性能混凝土以及其他特殊混凝土在非纳米材料和纳米材料作用下宏观性能和微观性能的影响,很好的阐释了在添加这些纳米、非纳米材料后对混凝土材料宏观性能和微观性能的影响,也得到了很多规律性的结论。但仍然存在以下不足,有待进一步研究:
(1)目前主要研究了混凝土在外加材料影响下的力学性能、耐酸性、耐久性以及高温稳定性等的变化情况,对体积稳定性方面研究不充分。
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