碱渣混凝土耐磨性能试验研究.pdf

2 0 1 3年第 9期 9月 混 凝 土 与 水 泥 制 品 CHI NA C0NCRETE AND CEMENT PR0DUCTS 2 01 3 No 9 S e p t e mb e r 碱渣混凝土耐磨性能试验研究 张 渊 ， 刘 勋 ， 曹 军 ， 陈宝海 ， 董 云 ， 张 颖 ， 宗 荣 ( 1 淮阴工学 院， 2 2 3 0 0 1 ； 2 江苏井神盐业 ， 淮阴 2 2 3 2 0 0 ) 摘 要 ： 对碱渣掺合 料混凝土在不 同条件下的耐磨性能进行 了试验研究 ， 结果表 明， 随着碱渣掺 量的增加 ， 碱渣 混凝土的耐磨性呈现先增 强后减弱 的规律 ， 当碱渣 占胶凝材料 1 0 时， 混凝土耐磨性能最优 。结合 S E M 图像 分析 ， 碱 渣 占胶 凝 材 料 1 0 时 ， 混 凝 土 的 微 观 结 构 变 得 更 为 密 实 ； 继 续 增 加 碱 渣 的掺 量 ， 碱 渣 的耐 磨 性 呈 现 大 幅 减 弱 。试 验还对 不同养护龄 期的碱 渣掺 合料混凝 土进行 了研 究， 发现混凝土的耐磨 性随养护龄期 增长呈现 增强趋 势。 关 键 词 ： 碱 渣 ： 混 凝 土 ： 耐 磨性 Ab s t r a c t ：T h e a b r a s i o n r e s i s t a n c e o f t h e a l k a l i n e r e s i d u e c o n c r e t e u n d e r d i f f e r e n t c o n d i t i o n s a r e t e s t e d a n d s t u d i e d Th e r e s u l t s s h o w t h a t t h e a b r a s i o n r e s i s t a n c e o f t h e a l k a l i n e r e s i d u e c o n c r e t e i n c r e a s e fi r s t l y a n d t h e n d e c r e a s e wi t h t h e i n c r e a s i n g o f a l k a l i n e c o n t e n t T h e a b r a s i o n r e s i s t a n c e o f t h e c o n c r e t e i s t h e b e s t w h e n t h e c o n t e n t o f a l k a l i n e r e s i d u e i s 1 0 o f c e me n t a t i o n c o n t e n t C o mb i n e d w i t h S E Mi t s f o u n d t h a t t h e mi c r o s t r u c t u r e o f t h e c o n c r e t e i s mo r e d e n s e w h e n t h e c e me n t r e p l a c e me n t r a t i o o f a l k a l i n e r e s i d u e i s 1 0 a n d t h e n t h e a b r a s i o n r e s i s t a n c e o f t h e c o n c r e t e s h a r p l y d e c r e a s e w i t h t h e i n c r e a s i n g t h e c o n t e n t o f a l k a l i n e r e s i d u e I n a d d i t i o n t h e a b r a s i o n r e s i s t a n c e o f t h e a l k a l i n e r e s i d u e c o n c r e t e u n d e r t h e d i f f e r e n t c u r i n g p e r i o d s i s t e s t e d 。 a n d t h e t e s t r e s u l t s i n d i c a t e t h a t t h e a b r a s i o n r e s i s t a n c e o f t h e c o n c r e t e i n c r e a s e s w i t h t h e i n c r e a s i n g of c u r i n g a g e s Ke y wo r d s ： Al k a l i n e r e s i d u e ； Co n c r e t e ； Ab r a s i o n r e s i s t a n c e 中图分类号 ： T U 5 2 8 文献标识码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 0 4 6 3 7 ( 2 0 1 3 ) 0 9 8 1 0 4 0前 言 国内外学者在 矿物掺合 料对混凝土耐磨性 影 响方面做了许多的研究 。彭松枭等人 的研究发现 ， 粉煤 灰与矿渣双掺配合 比对再生混凝土早期 耐磨 性能影响较小 ， 对其后期耐磨性能影响较大 ； 曾阳 春等的研究发现 ，掺 3 0 粉煤灰混凝 土 3 d龄期 时 的磨耗较不掺粉煤灰 的混凝土增加 ， 但能够提高混 凝土后期 的耐磨性 能翻 ； U k i t a等人研究 了混凝 土中 低钙粉煤灰体积掺量对混凝 土的耐磨性的影响3 1 ； G h a f o o r i 和 D i a w a r a针对用硅灰替代细集料 的混凝 土耐磨性进行了相关试验4 1 。 但是 ， 对以碱渣作为矿 物掺合料时 ， 对混凝土耐磨性能影响的研究还 比较 少。杨久俊等及李宝佳等 的研究发现 ， 碱渣作为掺 合料配制的建筑砂浆具有与粉煤灰一 水泥砂浆类似 的物理 、 力学性能5 - 6 1 。在环境保护的推动下 ， 目前对 于碱渣的研究处在快速发展阶段 ， 并且取得 了一些 研 究 成果 。 本文主要研究碱渣掺合料 对混凝土耐磨性 性 能影响变化规律 ， 以期进一步拓宽工业废渣的再 生 利用途径 。 并为适 配高性 能混凝 土积累经验 ， 使其 基金项 目： 淮安市科技支撑计 划项 目( HA G 2 0 1 2 0 1 8 ) ， 淮安市 “ 5 3 3英 才工程 ” 技术拔尖人才工程项 目。 能够更好地应用于实际工程。 1 试验 样 品和试 验仪 器 1 1 试 验材 料 本试验用碱渣为江苏某公司产工业碱渣 ， 自然 状态下为灰 白黏块 ，经 1 0 5 烘干后呈 白色固体块 状态 ， 见图 1 。扫描 电镜观测显示 。 自然状态下的碱 渣样品表面粗糙 。结晶程度较好的矿物颗粒堆积在 一 起形成松散 团聚体 ， 它们主要 由极 细小的 ， 粒径 在 2 5 1 x m的颗粒 团聚而成 ， 以文石为主 。 还有氢氧 化钙 、 硫酸钙等结晶物 ， 形成形状清晰的晶状结构。 颗粒表面以及颗粒 内部存在明显 的裂缝 和孔隙 孔 隙较大且多 ， 连通性较好 。 结构松散呈蜂窝状 ， 分布 较为均匀 。该碱渣料含水率较大 ， 并且随着含水率 图 1 自然状态 的碱渣 一 81 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 3年第 9期 混凝土与水泥制品 总第 2 0 9期 的加大 ， 颜色逐渐由白色向深黄色转变 。 利用多晶 X 射线荧光光谱分析仪对碱渣进行了分析 ， 其物理性 质 见表 1 ， 主要化 学成分 见表 2 。 其他试 验材料有 ： P 0 3 2 5级复合 硅酸盐 水 泥 ； 砂 的表观密度为 1 6 g c m ， 细度模数为 2 0 4； 石 的表观密度为 2 3 g c m ； 水为普通 自来水 。 1 2 试验样品及条件 本试验采用宁夏机械研究所的耐磨试验机 。试 件尺寸为 1 5 0 mm 1 5 0 m m 7 0 m m 试件成型 1 d后脱 模 ， 将试件放置在标准条件下养护至规定龄期。每 个配 比分别作三组相同试验 。 1 3 试 验方 法 将磨细后的碱渣粉末样 品按 照不 同胶凝材料 比例配置 ，胶凝 材料总用量取 4 2 4 k m ， ，水胶 比 O 4 6 、 砂率 3 3 ， 固定不变。试验方案见表 3 。 表 3 试 验方 案 对于不同龄期 ， 恒定碱渣掺合料掺量 固定为胶 凝 材料的 3 0 ，胶凝材 料仍 取 4 2 4 k m3 ，水胶 比 0 4 6 、 砂率 3 3 。 试验中计算一定磨蚀时间后混凝土 的磨坑长度 ， 计算公式如下 ： 罱 - s in 】 O L n 式中， d一 磨擦钢轮直径， m m； b一 磨擦钢轮宽度 ， m m： o 一 磨坑长度所对应的圆心角： L一 磨坑长度 ， m m。 试验过程中。 利用 S - 3 0 0 0 N电子扫描电镜对混 一 8 2一 凝土的样品进行微观结构分析 以确定其影响混凝 土耐磨 性 的微观机 理 。 2试验 结果及 分析 2 1 碱渣掺量对混凝土耐磨性能的影响研究 按照 G B T 1 2 9 8 8 -2 0 0 9 无机地面材料耐磨性 能试验方法 ， 分别对不同碱渣掺量 的混凝土进行 耐磨性试验研究 ， 试验结果见表 4 。 由表 4可见 随着 碱渣 占混凝 土胶 凝材 料 总 用 量百分 比的增加 ， 混凝土的耐磨性能先增加后逐步 减小 ， 当碱渣掺量 占胶凝材料 总量 的 1 0 时 ， 混凝 土 的耐磨 性最 好 。 表 4 不 同碱渣掺量混凝 土的磨坑 长度 碱渣掺量 磨坑长度 ra m 0 1 0 20 3 0 4 0 50 60 36 62 35 1 5 38 70 4151 4320 4 5 4 6 4647 图 2为不 同比例碱渣掺量混凝 土的微观结构 ， 对其分析可以看 出 未掺碱渣混凝土和掺碱渣混凝 土的微观结构有明显区别。从图 2 A可看出， 未掺碱 渣混凝 土的表面平整 ， 无 明显 的大空洞 。 相 比于大 部分其他掺量 的混凝土 其粘结较 紧密 ， 但是与掺 1 0 碱 渣混 凝 土 ( 图 2 B ) 的相 比 ， 图 2 A有 许 多 较 为 细小 的孔洞 而图 2 B则孔洞很少 ， 且图 2 B较图 2 A 混凝 土的粘结更为紧密。所以 ， 掺 1 0 碱渣混凝土 的耐磨性较不掺碱渣的混凝士有所提高。图 2 C( 掺 2 0 碱渣 ) 的表面 。 较 图 2 A和 图 2 B有 明显多且大 的孔洞 ， 并有较多 的松散附着物 ， 可见其粘结性较 差。从图 2 D 图 2 G还可以看出， 随着掺碱渣比例 的 增大 ， 混凝土中的微观孔洞更多， 粘结越加松散 。这 可能是 由于矿物掺合料 的大量掺入使混凝土 中的 水泥水化产物 C a( O H) 与矿物掺合料发生了二次 水化反应 ， 掺 1 0 碱渣的混凝土 中水化反应更加彻 底 ，生成的凝胶填充 了混凝土 中原有的孔 洞和缺 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 3年第 9期 混凝土与水泥制品 总第 2 0 9期 导致这种趋势变化 的原 因可 能是前期混凝 土 的水泥石基体中除水化产物外， 还有未水化 的水泥 和矿物掺合料颗粒 ， 由于早期反应程度低 ， 颗粒 与 基体的结合较弱 ， 在磨损的作用下 ， 那些未紧密联 系的颗粒就容易脱落 ， 致使耐磨性不高 。随着水泥 水化反应的继续及程度的加大 ， 碱渣颗粒与基体的 结合更 紧密 ， 使得耐磨性得到明显提高 。到养护后 期 ， 水化反应基本结束 ， 混凝土表面结构基本稳定 ， 使得耐磨性提高程度变缓 ， 并逐步稳定在一个 固定 值 。 2 - 3 环境条件对碱渣混凝土耐磨性能 的影响 在进行碱渣掺量和养护龄期混凝土耐磨性试 验的同时 ， 对混凝土试件进行了不同环境条件处理 ( 烘干状态 、 自然状态 ) ， 然后按照相 同方法进行 了 耐磨试验 ， 试验结果见图 4和图 5 。 越 螺 恤 0 1 0 2 0 3 O 4 0 5 0 6 O 碱渣掺量 图 4 环境条件对不 同碱渣掺量混凝土耐磨 性能的影 响 螺 越 4 8 1 2 1 6 2 O 2 4 2 8 龄期 d 图 5 环境条件对不 同养护龄期碱渣混凝土 耐磨性能 的影响 由图 4可以看 出 ， 不 同环境条件下 。 不 同碱渣 掺量对混凝土的耐磨性影响差异明显 。总体来说 经过烘干处理后 的试件 ， 其磨坑长度均 比未烘干试 件的小 ， 但是变化并不太大 。由此可见 ， 烘干后再进 行耐磨试验对混凝土耐磨性的提高有一定影响。图 7为环境条件变化对不同养护龄期混凝土耐磨性影 响的试验结果。对图 5进行分析可以看出 ， 对不 同 一 8 4一 养护龄期的混凝 土试件进行烘干处理或未烘 干处 理 ， 其耐磨性能变化不大。 3结论 ( 1 ) 随着碱渣 占混凝土胶凝材料 比例 的增加 ， 混凝土的耐磨性能先增加后逐步减小 ， 当碱渣掺量 占胶凝材料总量的 1 0 时 ，混凝土的耐磨性最好 ， 随着碱渣掺量 的继续增加 。 混凝土的耐磨性明显 降 低 。 ( 2 ) 随着养护龄期 的增加 ， 碱渣混凝土 的耐磨 性呈现逐渐增强趋势 ， 但变化幅度越来越小并逐步 趋向一个稳定值 。 ( 3 ) 对碱渣混凝土进行烘 干处理和 自然条件 ， 不同碱渣掺合料 比例混凝土耐磨性的提高有 一定 影响 ， 但对不同养护龄期的碱渣混凝土的耐磨性能 影 响不大 。 参考文献 ： 1 】 彭松枭， 尹健， 王德辉 矿 物掺合料对再生混凝土耐磨性能 的影响研究 J 混凝土， 2 0 0 9 ( 3 ) ： 5 6 5 9 2 】 曾阳春， 郑克仁， 李益进 矿 物掺合料对道路 混凝土耐磨性 的影响及机理 J 铁道科学与工程学报， 2 0 0 7 ，4 ( 2 ) ： 5 9 6 2 3 3 U k i a K S h i g e m a t s u S I m p r o v e me n t s i n t h e p r o p e r t i e s o f c o n c r e t e u t i l i z i n g c l a s s i fi e d fl y a s h C P r o c e e d i n g s o f t h e C A N - ME T ACI T h i r d I n t e r n a t i o n a l Co n f e r e n c e o n t h e U s e o f fl y a s h S i l i c a F u me S l a g a n d Na mr al P o z z o l a n s i n Co n c r e t e ，T r o n d - h e i m， N 0RW AY， 1 9 8 9 ：21 9 2 4 0 4 G h a f o o r i N D i a w a r a H A b r a s i o n r e s i s t a n c e o f fi n e a g g r e g a t e r e p l a c e d s i l i c a f u m e c o n c r e t e J AC I Ma t e r i a l s J o u rna l ， 1 9 9 9 9 6 ( 5 ) ： 5 5 9 - 5 6 7 【 5 】 杨久 俊， 谢武， 张磊， 等 粉煤灰一 碱渣一 水 泥混合料 砂浆的配 制实验研究 J 硅酸盐通报， 2 0 1 0 ， 2 9 ( 5 ) ： 1 6 7 1 7 0 【 6 】 李宝佳， 娄德利， 张磊， 等 碱渣一 粉煤灰复合 胶凝材料 力学 性能的研究 J 砖瓦综合 利用 ， 2 0 0 9 ( 1 o ) ： 3 5 3 7 【 7 杨 良佐， 李永丹， 张立红 碱渣的综 合治理与利用U 】 环境保 护科学 ， 2 0 0 8 ， 3 4 ( 2 ) ： 7 0 7 3 8 】 王琚， 孑 L 德 晶 在 混凝土 中掺人纯碱废 渣生产建材制 品的 研究 J 化学工业与工程技术， 2 0 0 4 ， 2 5 ( 4 ) ： 4 3 4 4 【 9 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局， 中国国家标 准化管理委员会 G B T 1 2 9 8 8 2 0 0 9无机地面材料耐磨性能 试验方法 S 】 北京 ： 中国标准 出版社， 2 0 0 9 收稿 日期 ： 2 0 1 3 0 7 2 5 作者简介 ： 张渊( 1 9 7 4 一 ) ， 男 ， 博士 、 副教授 。 通讯地址 ： 淮 阴工学 院 联 系电话 ： 1 3 7 7 0 4 7 7 3 9 3 E - ma i l ： z h y u a n l 1 1 1 6 3 c o m 铝 铊 弘 如 船 如 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m