【摘 要】
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作为工业固体废弃物之首,我国粉煤灰产量逐年增加,预计2021年全国粉煤灰产量将达到8.5亿吨。大量堆滞的粉煤灰不仅造成土地资源浪费和环境污染,还会给人们生产生活带来严重危害,粉煤灰的处理与利用面临着严峻的挑战。利用粉煤灰、矿粉等活性矿物掺合料制备高性能混凝土,不仅可以实现工业固体废弃物的资源化利用,还可以节省水泥用量,降低生产成本,符合绿色可持续发展理念。然而,由于矿物掺合料混凝土存在活性效应发挥
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作为工业固体废弃物之首,我国粉煤灰产量逐年增加,预计2021年全国粉煤灰产量将达到8.5亿吨。大量堆滞的粉煤灰不仅造成土地资源浪费和环境污染,还会给人们生产生活带来严重危害,粉煤灰的处理与利用面临着严峻的挑战。利用粉煤灰、矿粉等活性矿物掺合料制备高性能混凝土,不仅可以实现工业固体废弃物的资源化利用,还可以节省水泥用量,降低生产成本,符合绿色可持续发展理念。然而,由于矿物掺合料混凝土存在活性效应发挥慢、早期强度低等问题,严重制约着高性能粉煤灰混凝土的推广与应用。如何有效激发粉煤灰的早期活性,对于提高矿物掺合料利用率,节省水泥用量和减少环境污染,改善混凝土各项性能具有重要意义。在现有粉煤灰活性激发方法中,物理激发法存在活性提升率低、能耗大等问题,化学激发法存在减水剂适应性低、成本高、推广应用困难等问题,粉煤灰活性激发问题亟待解决。碱性电解水是一种绿色清洁用水,具有高活性、强碱性、强渗透性、电荷性、离子性和小分子吸附性等优良特性,这为改善混凝土水化特性及耐久性能提供了可行性。因此,本研究利用不同pH高活性碱性电解水(AEW)作为拌合水制备水泥-粉煤灰拌合物,综合分析了碱性电解水对粉煤灰砂浆及混凝土强度及耐久性能的影响规律,阐明了碱性电解水粉煤灰混凝土的水化特性及微观结构特征,利用碱性电解水的多重特性,促进水泥水化反应进程,激发粉煤灰的早期活性效应,改善粉煤灰混凝土强度及耐久性能,增加经济新常态下粉煤灰的利用价值,提高粉煤灰的利用率,节省水泥用量和减少环境污染,具有很好的社会、经济和环境效益,为制备高性能粉煤灰混凝土提供了新的思路,具体的研究工作及相关结论如下:1.以普通自来水为空白对照组,研究了不同pH值(9.5、10.5和11.5)的AEW作为拌合水对水泥-粉煤灰净浆的标准稠度用水量、凝结时间的影响规律。结果表明:不同pH值的AEW均能够加速水泥-粉煤灰净浆的凝结硬化,降低标准稠度用水量及凝结时间。其中,pH值为11.5的AEW对上述两种性能指标影响最大,较普通水净浆的标准稠度用水量降低9.7%,初凝时间减少30min,终凝时间减少48min;2.以普通自来水为空白对照组,系统研究了不同粉煤灰取代率条件下,不同pH值(9.5、10.5和11.5)的AEW对水泥-粉煤灰砂浆工作性及力学性能的影响规律。结果表明:AEW能够明显改善粉煤灰砂浆的工作性和早后期力学性能,当粉煤灰取代率一定时,AEW砂浆的力学性能均高于普通水砂浆,且AEW砂浆的力学性能随着pH值的增加而增加。当pH为11.5、粉煤灰取代率为15%时,AEW砂浆的7d强度能够达到相同掺量的普通水砂浆的14d强度水平;当粉煤灰取代率为30%时,AEW砂浆的28d抗压抗折强度能够达到普通自来水水泥砂浆(0%取代率)的28d强度水平。3.通过水化热测试、差热分析、XRD及SEM等微观试验,系统研究了不同pH值的AEW及普通水水泥-粉煤灰净浆的水化产物组成及微观形貌特征。结果表明:碱性电解水能够促进水泥水化进程,提高水化反应速率。随着AEW的pH值增大,砂浆的水化累积热不断增加。XRD图谱显示AEW水泥净浆衍射图谱中除了Si O2和钙矾石相以外,还生成了一定含量的K2Ca5(SO4)6和钾长石(K2O·Al2O3·Si O2)产生。同时,随着粉煤灰取代率的增加,多钙钾石膏和钾长石衍射峰逐渐增强,不同pH值AEW净浆的钙矾石峰和水化硫铝酸钙峰也有所增强。此外,SEM试验表明AEW砂浆的微观形貌更趋近于颗粒化和团簇化,内部结构更加致密,这可能与AEW的离子吸附性有关。4.以pH11.5作为粉煤灰混凝土用AEW的最佳pH值,粉煤灰取代率分别为0、15%、30%和45%,混凝土强度等级设计为C35、C40及C45。以普通水粉煤灰混凝土作为对照组,系统研究AEW粉煤灰混凝土的工作性、力学性能、抗氯离子渗透性能及抗碳化性能。结果表明:AEW能够改善粉煤灰混凝土的工作性,有效提高粉煤灰混凝土的力学性能,AEW粉煤灰混凝土的碳化深度和氯离子迁移系数均明显低于普通自来水粉煤灰混凝土。
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