凝石在混凝土材料中的應(yīng)用
與水泥不同,凝石是一種硅鋁基膠凝材料,其水化產(chǎn)物中大部分是由硅氧四面體和鋁氧四面體以共價(jià)鍵形成的架狀結(jié)構(gòu)。而水泥屬于高鈣硅體系,水化產(chǎn)物主要是由C-S-H凝膠依靠范德華力形成的鏈狀結(jié)構(gòu)。架狀結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和牢固性要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于鏈狀結(jié)構(gòu),這種和水泥微觀結(jié)構(gòu)上的差異賦予了凝石超強(qiáng)的膠結(jié)能力和對(duì)環(huán)境侵蝕的抵抗能力。
在由膠凝材料、砂、石、水組成的硬化混凝土中,水泥對(duì)砂、石主要靠包裹作用形成強(qiáng)度,包裹作用相對(duì)來(lái)說(shuō)較弱,導(dǎo)致了水泥與砂石骨料的界面成為水泥混凝土中最薄弱的環(huán)節(jié)。而凝石對(duì)砂、石卻是焊接作用,凝石中的成巖流體能使凝石顆粒與砂石表面的活性部分發(fā)生反應(yīng),形成致密的反應(yīng)界面。這也是為什么水泥混凝土的斷面往往是水泥與骨料分離,而凝石混凝土的斷面卻是穿筋斷裂的原因。
凝石混凝土不但具有非常好的抗壓、抗折、抗劈裂等物理力學(xué)性能,而且其耐久性能和耐腐蝕性能非常優(yōu)異。下面將通過(guò)凝石混凝土與水泥混凝土性能的對(duì)比,來(lái)展現(xiàn)凝石在混凝土材料中巨大的應(yīng)用前景。
一、凝石混凝土的物理力學(xué)性能
藍(lán)資集團(tuán)實(shí)驗(yàn)研發(fā)部從2004年開(kāi)始,投入了大量的人力物力對(duì)凝石混凝土進(jìn)行了系統(tǒng)的研究,并按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)凝石混凝土的各項(xiàng)性能進(jìn)行了測(cè)試?;炷磷鳛楣こ探Y(jié)構(gòu)材料,其物理力學(xué)性能在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和質(zhì)量控制中是最重要的性能之一。下面是用32.5普通凝石(下同)拌制的混凝土抗壓強(qiáng)度典型數(shù)據(jù):
表1:燕郊產(chǎn)凝石制備的混凝土抗壓強(qiáng)度數(shù)據(jù)
設(shè)計(jì)標(biāo)號(hào) |
抗壓強(qiáng)度 MPa |
達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度% |
數(shù)據(jù)量 |
28d強(qiáng)度最大值/最小值(MPa) |
備注 | ||
3d |
7d |
28d | |||||
C10 |
7.6 |
14.8 |
20.9 |
209 |
30 |
21.8/16.6 |
試驗(yàn)按GB/T |
C20 |
11.5 |
19.6 |
28.7 |
144 |
30 |
29.4/25.2 | |
C30 |
16.9 |
25.3 |
39.1 |
130 |
35 |
44.6/33.7 | |
C40 |
21.1 |
35.3 |
46.0 |
114 |
30 |
52.7/42.8 |
凝石混凝土是按普通水泥混凝土的配合比來(lái)配制的,結(jié)果表明設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)為C10、C20、C30的凝石混凝土能分別達(dá)到水泥混凝土C20、C30、C40的強(qiáng)度,而且在對(duì)于水泥混凝土來(lái)說(shuō)是弱項(xiàng)的抗拉強(qiáng)度方面,凝石混凝土也表現(xiàn)出了較大的優(yōu)勢(shì),這充分證明了凝石的膠結(jié)能力大大超過(guò)水泥。
二、凝石混凝土的耐久性和抗腐蝕性能
實(shí)驗(yàn)研發(fā)部嚴(yán)格按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GBJ 82-1985《普通混凝土長(zhǎng)期性能和耐久性能試驗(yàn)方法》對(duì)凝石混凝土的耐久性(包括抗?jié)B、抗碳化、干縮、抗凍融等)做了反復(fù)的測(cè)試。測(cè)試結(jié)果表明,凝石混凝土的抗?jié)B性能是水泥混凝土的2~3倍,抗碳化、抗凍融性能明顯優(yōu)于水泥混凝土,干縮量比水泥混凝土干縮量的一半還少。混凝土材料本身的滲透性是決定混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的關(guān)鍵因素,凝石混凝土與水泥混凝土的抗?jié)B性能試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)下表:
表2:凝石混凝土與水泥混凝土的抗?jié)B性能對(duì)比
抗?jié)B性能 |
膠凝材料 |
滲水壓強(qiáng) |
抗?jié)B標(biāo)號(hào)S |
備注 | |
C10 |
1:2.61:5.06:0.78 |
凝石(唐山產(chǎn)) |
1.9 |
S18 |
試驗(yàn)按GBJ 82-85執(zhí)行 |
C20 |
1:1.93:3.75:0.63 |
凝石(唐山產(chǎn)) |
3.1 |
S30 | |
C30 |
1:1.19:3.23:0.49 |
凝石(唐山產(chǎn)) |
3.9 |
S38 | |
C40 |
1:1.04:2.82:0.43 |
凝石(唐山產(chǎn)) |
4.0 |
S39 | |
C10 |
1:2.61:5.06:0.78 |
42.5水泥 |
0.7 |
S6 | |
C20 |
1:1.93:3.75:0.63 |
42.5水泥 |
1.7 |
S16 | |
C30 |
1:1.19:3.23:0.49 |
42.5水泥 |
2.1 |
S20 | |
C40 |
1:1.04:2.82:0.43 |
42.5水泥 |
2.7 |
S26 |
[Page]
凝石混凝土也按照美國(guó)ASTM C1202-94混凝土抗氯離子滲透性的電評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行了測(cè)試,在清華大學(xué)土木工程系做的C30凝石混凝土抗氯離子滲透性檢測(cè)結(jié)果及評(píng)定依據(jù)見(jiàn)下表。
通過(guò)混凝土試樣的電量:(1)288.9庫(kù)侖 (2)296.6庫(kù)侖
平均值:292.8庫(kù)侖
通過(guò)的電量(庫(kù)侖) |
氯離子滲透性 |
>4000 |
高 |
2000-4000 |
中等 |
1000-2000 |
低 |
100-1000 |
很低 |
<100 |
可忽略 |
評(píng)定結(jié)果為:該混凝土具有很低的氯離子滲透性。
上面的數(shù)據(jù)可以證明,在不加入任何外加劑的情況下,凝石混凝土的抗?jié)B性能也要遠(yuǎn)優(yōu)于水泥混凝土。
這里就不再一一列舉抗凍融、抗碳化等性能的測(cè)試數(shù)據(jù)。由于凝石膠凝材料超強(qiáng)的膠結(jié)能力和良好的微觀結(jié)構(gòu),致使凝石混凝土不但具有優(yōu)異的物理力學(xué)性能和耐久性能,而且耐腐蝕性能非常卓越。下圖是凝石混凝土在各種酸堿鹽溶液中浸泡各個(gè)齡期后的強(qiáng)度。
三、凝石混凝土的應(yīng)用前景
由于凝石混凝土的高性能、綠色化,它在建筑行業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域都將具有巨大的應(yīng)用前景。
長(zhǎng)期處于潮濕環(huán)境的凝石混凝土的28天以后的長(zhǎng)期強(qiáng)度增長(zhǎng)率比水泥混凝土高30-80%,在不使用外加劑或同量使用外加劑的情況下,凝石混凝土的抗?jié)B性比水泥混凝土高2-3倍。因此凝石混凝土特別適合于地下、水下和防滲混凝土。
凝石的水化熱很低,只有硅酸鹽水泥的1/3左右,而且其體積穩(wěn)定性和耐久性都很好,因此凝石混凝土非常適合用于水利工程的大體積混凝土。
凝石混凝土中的凝石-骨料反應(yīng)界面非常致密,對(duì)于水泥混凝土來(lái)說(shuō)是弱項(xiàng)的抗拉強(qiáng)度方面,凝石混凝土也具有較大的優(yōu)勢(shì)。因此凝石混凝土在道路工程方面也具有巨大的潛力。
海洋工程對(duì)于混凝土材料的抗鋼筋銹蝕、抗鹽凍等要求較高,特別是海水中含有大量的Cl-,它對(duì)鋼筋混凝土的滲透將導(dǎo)致混凝土中的鋼筋產(chǎn)生嚴(yán)重的銹蝕。如果混凝土具有較高的抗Cl-滲透的能力,那么它就能抵御海水中Cl-的侵蝕。前面已經(jīng)提到凝石混凝土具有很低的Cl-滲透性,而且凝石由于其自身的成巖作用也可以固定一部分Cl-,其抗凍融性能、抗?jié)B性能都很強(qiáng),所以凝石混凝土在海洋工程中大有用武之地。
綜上所述,用硅鋁基膠凝材料——凝石拌制的混凝土,具有高性能、綠色化、多功能的特點(diǎn),代表了新一代混凝土材料發(fā)展的方向??梢灶A(yù)見(jiàn)在不久的將來(lái),凝石混凝土必將在國(guó)家建設(shè)中發(fā)揮更重要的作用。
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