1、石 家 庄 铁 道 学 院 四 方 学 院 2010-2011 学 年 第 2 学 期 08 级 考 试 试 卷 ( A )课程名称：科技论文写作 任课教师：张士彩、路娜专业 土木考试时间： 分钟考试性质（学生填写）：正常考试（ ）缓考（ ）补考（ ）重修（ ）提前修读（ ）题 号 一 二 三 四 五 六 七 总分满 分 100得 分高碱水泥利用的研究赵刚（单位：石家庄铁道大学四方学院建筑材料科学与工程系 邮编：050227）摘要:用高碱熟料、沸石和硅灰配制水泥，进行了抑制碱-集料反应试验，测定了水泥的可溶性碱量与有效碱量，检测了水泥及混凝土的性能。结果显示，用沸石和硅灰作为水泥的混合材，在不
2、影响水泥及混凝土性能的情况下，利用高碱熟料生产具有抑制碱-集料反应性能的水泥是可行的。关键词:高碱水泥；碱-集料反应；沸石；硅灰中图分类号:TQ172.4 文献标识码 :A 文章编号:1002-9877(2001)08-0008-03Using high alkali cementZhao Gang(Department: Shijiazhuang railway university sifang college building materials science and engineeringZip code:050227)Abstract: Experiment on suppress
3、ing AAR was conducted with cement made by high alkali cement clinker，zeolite and silica fume. The quantity of soluble alkali and effective alkali as well as the performance of the cement and concrete were measured. The results indicate that it is applicable to produce the cement with the performance
4、 of suppressing密封线内答题无效学号： 20086162考试号： 03姓名： 赵刚 班级： 方08084the AAR by using high alkali clinker and zeolite and silica fume as blending materialswithout affecting The properties of cement and concreteKey words: high alkali cement；alkali-aggregate reaction(AAR) ；Subdivisision classified number ：TQ172
5、.4 Literature identification code：AArticle Numbers: 1002-9877(2001)08-0008-03引言碱-集料反应在国内外已引起了大量的混凝土建筑物破坏，造成了巨大的经济损失。调查研究显示，我国生产的水泥，尤其是北方地区的水泥厂生产的水泥，其碱含量普遍偏高，而我国北方地区的集料也恰恰具有较高的碱活性。为此研究抑制碱-集料反应的对策是非常必要的。冰岛从70年代开始，在所有水泥中掺加硅灰作为混合材，经过20多年的实践证明，采用此方法后，到目前为止还没有发现由于碱-集料反应所引起的混凝土工程的破坏。在我国，由于受硅灰价格的影响，还不可能在水泥中
6、大量应用硅灰。因此，有必要寻找其它混合材，在基本不增加成本的原则下，使水泥既具有抑制碱-集料反应的性能，又能满足其它性能要求。因此，本研究的目的就是要探索利用高碱熟料的途径。1 抑制碱-集料反应试验碱-集料反应的宏观表现为膨胀开裂，但只有当膨胀量达到一定程度时才导致破坏，M.D.A.Thomas 等人通过大量的研究认为，只要按 ASTM C1260测试的砂浆棒的膨胀率小于0.10%，则混凝土的膨胀率即可小于0.04%的限制，即不发生破坏。因此，研究抑制碱-集料反应的效果可以通过测定膨胀值的方法来进行。 对膨胀的解释可以分为两种理论：一种认为膨胀压是由凝胶吸水后体积增加，但受到周围水泥浆体的约束
7、，结果产生内压，导致膨胀、开裂。另一种是渗透压理论，是指包围活性集料的水泥浆体起着半透膜的作用，使反应产物中的硅酸根离子难以透过，但允许水和碱的氢氧化物扩散开来，从而认为渗透压是造成膨胀的主要原因。1.1 材料及配合比以沸石和硅灰复合作为水泥的混合材，用透气法测定磨细沸石比表面积为600m2/kg。熟料取自某立窑水泥厂，并加石膏磨细至比表面积 491.6m2/kg。3种材料按不同的比例配合进行试验，3种材料的碱含量如表1所示。表1 材料的碱含量 % 材料名称 Na2O K2O Na2Oeq熟料 +石膏硅灰沸石0.350.640.520.810.500.650.880.970.951.2 试验方
8、法采用 ASTMC1260(快速砂浆棒法) 。Davies & Oberholster 等人认为ASTMC1260 是一种评价碱集料反应抑制效果的较好方法。 试件制作:用 20%永定河活性集料和 80%的标准砂组成集料，永定河活性集料的粒径为 0.30.6mm 时，配制的试件具有最大的膨胀率。因此，选用该配比的集料，用水泥胶砂搅拌机及振动台成型试件。试件尺寸为:25mm25mm285mm。养护及测长:成型后带模在标准养护箱养护 1d，脱模并测原始长度，然后放入80水中养护 1d，水与试件体积比为 41。从水中取出试件迅速测长，此长度即为基准长度，之后将试件放入 80、1MNaOH 溶液中养护
9、14d，碱液与试件的体积比仍为 41。在预定的龄期测量试件长度，并计算膨胀率。测长仪器:万能测长仪，准确到 1m。其工艺流程如图 1 所示。密封线内答题无效学号： 20086162考试号： 03姓名： 赵刚 班级： 方08084标准砂试件集料水泥胶砂搅拌机及振动台活性集料标准养护箱图 1 工艺流程图1.3 试验结果膨胀量随龄期变化的测试结果如图 2 所示。由图可见，当掺入 15%的沸石时，不能使膨胀率降低到 0.10%以下，而当水泥中掺入 13.5%的沸石和 1.5%的硅灰时，则能使膨胀率低于 0.10%的限值，从而起到了有效抑制碱- 集料反应的作用。0.000.050.100.150.200
10、.250.300.350 2 4 6 8 10 122.1 水泥中的碱与碱-集料反应硅酸盐水泥如果含碱量较高，其耐久性还可能与配制混凝土时所用的集料品种有关。某些混凝土工程的破坏，是由于水泥水花所析出的 KOH 和 NaOH 与集料中或活性的二氧化硅相互作用，形成了碱的硅酸盐凝胶，致使混凝土开裂，即产膨胀率龄期d图 2 试件膨胀率随龄期的变化生所谓的碱-集料反应。水泥中的碱可分为 3 种：总碱量、可溶性碱和有效碱。总碱量是由酸溶法测定的，是水泥中各种碱的总量。可溶性碱是将水泥放入水中搅拌一定的时间所能溶出的碱量，因此也称为水溶性碱。有效碱是指当水泥硬化后存在于硬化水泥浆体孔溶液中的碱。研究证明
11、，孔溶液中的碱度的高低与碱-集料反应膨胀之间有很好的关系。如果能降低孔溶液中的碱，则可以抑制碱-集料反应的发生。通常认为，只要在水泥中的总碱量较高，而同时集料中又含有活性 SiO2 的情况下，才会发生上述的有害反应。活性集料有蛋白石、玉髓、流纹石、安山岩以及凝灰岩等，其中蛋白石质的氧化锆可能活性最大。 的2.2 碱量的测定水泥中的总碱量及可溶性碱量的测定按 ASTMC114 进行，有效碱量的测定参照 ASTMC311 进行,测定结果如表 3 所示。编号 Na2O K2O Na2O 占总碱量ABC0.1640.1940.1960.6460.4350.3750.5890.4800.44566.93
12、53.9350.00由表 2 可知，当加入沸石和硅灰时，可溶性碱量及有效碱量均降低。味着孔溶液的碱度降低，起到了延缓或抑制碱-集料反应的作用。3 水泥性能的检测将水泥 A 与水泥 C 进行各项物理性能对比试验，其中水泥胶砂强度是按GBI77-85 检验的结果。加入沸石粉和硅灰后，水泥比表面积增加，水泥的安定性均合适，凝结时间正常，标准稠度用水量稍有增加。3d 及 7d 的抗折强度有所降低，28d 抗折强度及 3d、7d 抗压强度相当，28d 抗压强度明显提高。由此说明，加入沸石和硅灰对水泥的各项物理性能没有不良影响。表 2 水泥中的可溶性碱量测定结果密封线内答题无效学号： 20086162考试
13、号： 03姓名： 赵刚 班级： 方080844 混凝土性能的检测试验用混凝土的配合比如表 3 所示。新拌混凝土的性能主要考察坍落度及粘聚性两项指标，混凝土的强度用 100100100立方体检测。坍落度及强度的测定均按国家标准进行。结果见表 3。编号 坍落度 粘聚性 3d 7d 28dA1A2A3C1C2C37.5196.591415良好稍离析良好良好良好良好41.430.517.643.228.719.043.436.722.644.642.428.058.852.238.874.453343.6由表 3 可见：在相同配合比的条件下，掺沸石和硅灰的水泥配制的混凝土，坍落度增加，且粘聚性良好。3
14、d 强度相当，7d 和 28d 强度均有提高。5 经济效益分析1）多掺混合材，增加产量降低成本。根据我厂熟料质量情况和可行性实验结果分析，生产 32.5 复合硅酸盐水泥，混合材掺量课达到 40左右，即在现有基础上增加 20%，按全年计划生产 32.5 复合硅酸盐水泥 2 万 t 计算，可多掺混合材4000t 每吨水泥售价按 216.84 元计将增加产值 86.74 万元，每吨混合材平均按买价35 元，加工电费 15 元，包装费 20 元，产品说 42.5 元，工资 15 元，其它费用估计 15 元，合计成本 142.5 元，则全年可创经济效益 29.74 万元。2）工业废渣掺加量超过 30%，
15、应享受免征增值税的优惠政策。按此计算，我厂每年生产 2 万吨复合水泥，应免交增值税约 15 万元。3）代替石膏作缓凝剂，节约石膏用量。在钡渣掺量达到 15%-20%时，不掺石膏，水泥仍然具有正常的凝结时间。全年可节约石膏 1000t 左右，每吨石膏到厂价按 70 元计，即可减少支出 7 万元表 3 新拌混凝土的性能及混凝土强度的测定结果以上三项合计，全年将创直接经济效益 50 多万元。6 结论1）用沸石和硅灰复合作为水泥的混合材，可以降低水泥的可溶性碱量和孔溶液中的有效碱量，抑制碱-集料反应的破坏性膨胀。2）用沸石和硅灰复合作为水泥的混合材，对水泥和混凝土的性能没有不良影响。参考文献1刘崇熙，
16、文梓云.坝工混凝土专论(一)混凝土碱集料反应M.广州: 华南理工大学出版社，1995.2Gisli Gudmundsson，Hakon Olafsson.Alkali-silica reactions and silica fume 20 years of experience in IcelandJ.Cement and Concrete Research，1999，29:1289.3M D A Thomas，F A Innis.Effect of slag on expansion due to alkali-aggregate reaction in concreteJ.ACI Mate
17、rial Journal，1998，95(6):716.4M A Brub，et al.Why the accelerated mortar bar method ASTM C1260 is reliable for evaluating the effectiveness of supplementary cementing materials on suppressing expansion due to alkali-silica reactivityJ.Cement，Concrete and Aggregates，1995，17(1):26.5G Davies，R E Oberhols
18、ter.Use of the NBRI accelerated test to evaluate the effectiveness of mineral admixtures in preventing the alkali-silica reactionJ.Cement and Concrete Research，1987，17:97.6M Berra，et al.Evolution of chemical and physical parameters of blended cement mortars subjected to the NaOH bath testR.Proceedings of the 10th International Congress on AAR，Melbourne，Australia，1996.7P J Nixon，et al.The effect of a pfa with a high total alkali content on pore solution composition and alkali silica reactionJ.Magazine of Concrete Research学号： 20086162考试号： 03姓名： 赵刚 班级： 方08084密封线内答题无效
