化学混凝

化学混凝（共9篇）

化学混凝 篇1

矿井生产为我国国民经济发展提供了巨大的物质支撑。然而,新时期的矿井建设却因浅部资源的枯竭而使井筒逐渐向700m~1000m深的深厚冲积层发展[1]。随着井筒深度的不断增加,井壁混凝土的服役环境也愈加恶劣,环境中包含有Cl-、SO42-、HCO3-、Mg2+等腐蚀性离子的高矿化度水渗流日益严重,汇集有CO2、SO2、H2S等有害气体的矿井瓦斯的腐蚀作用亦不可忽略。这些离子、气体以及其他影响因素带来的化学腐蚀作用持续损伤了井壁混凝土中的3Ca O·2Si O2·3H2O、Ca(OH)2、3Ca O·Al2O3·6H2O等成分,严重降低了井壁混凝土的耐久性能及力学性能,给我国的矿井生产带来了较大的安全隐患[2]。因此,有必要对井壁混凝土受到的各类化学腐蚀进行机理分析及结论总结,以探明井壁混凝土的化学腐蚀原因并保障矿井开采的更好更快发展。

1 离子腐蚀

井壁混凝土长期被潮湿多水的地下土层所包围,接触到的腐蚀性离子主要有Cl-、SO42-、HCO3-、Mg2+、Na+、K+等。其中,Cl-、SO42-、Mg2+对井壁混凝土具有较强的腐蚀作用。

1.1 阴离子腐蚀

Cl-是一种既能引起钢筋锈蚀又能使水泥基材料破坏的离子。来源于原材料及周围环境的Cl-对井壁混凝土的破坏作用主要体现在其对钢筋的锈蚀。Cl-侵入混凝土内部的方式有渗透作用、毛细管作用、扩散作用、电化学迁移等,而对于井壁混凝土此过程还要受到压力水头的影响。侵入混凝土内部的游离Cl-会改变钢筋钝化膜(γFe2O3·m H2O)稳定存在的强碱性环境,致使钝化膜在含量超过临界值Cl-的作用下遭到破坏,进而形成氯铁腐蚀电池并最终导致钢筋锈蚀膨胀及混凝土开裂。一般可采用涂刷阻锈剂保护层、改换特种钢筋以及阴极保护等措施来保护钢筋不受氯离子腐蚀[3]。氯离子对水泥基材料的腐蚀作用则主要表现在溶解性腐蚀及膨胀性腐蚀。溶解性腐蚀是指氯离子能够置换混凝土中的钙,并与混凝土本身的凝胶体发生溶蚀反应,使Ca(OH)2等形成可溶性物质,最终导致混凝土孔隙率增大及强度的降低。而Cl-在与Ca2+、Mg2+等结合后,则会与混凝土中的3Ca O·Al2O3·6H2O等物质生成膨胀性化合物,造成混凝土的结晶膨胀性腐蚀[4]。

SO42-腐蚀是在各种离子腐蚀中占主导地位的一种腐蚀作用。其按腐蚀类型可分为石膏型硫酸盐侵蚀、钙矾石型硫酸盐侵蚀、碳硫硅钙石型硫酸盐侵蚀。主要的腐蚀机理在于,SO42-会使水泥石中的Ca(OH)2、3Ca O·Al2O3·6H2O、3Ca O·2Si O2·3H2O遭到破坏,并生成针状或片状的钙矾石、石膏晶体,这些晶体的体积是原反应物体积的1~3倍,体积膨胀及结晶应力常使井壁混凝土发生胀裂甚至脱落,最终形成对井壁混凝土的结晶膨胀性腐蚀。硫酸根能够降低氯离子侵入混凝土中的含量,并且硫酸根浓度越高,该抑制作用就越明显[5],但在共存的后期,硫酸根却会因使混凝土膨胀开裂而加快氯离子对混凝土的侵蚀[6]。另外,水泥材料对氯离子有固化作用,但由于SO42-的存在消耗了水泥石中固化Cl-的C3AH6,令部分氯离子得到释放,进而使氯离子固化率降低,而且随着硫酸根浓度的提高,这种降低幅度会更大。硫酸盐腐蚀与混凝土交变应力疲劳损伤之间会存在相互促进的的叠加效应。交变应力加速了硫酸根离子的侵蚀速率,提高了硫酸根离子的有效扩散系数,硫酸盐腐蚀则催化了混凝土在交变应力作用下的疲劳破坏。这种叠加效应会随着硫酸盐浓度及交变应力水平及加载频率的提高而愈加明显[7]。

1.2 阳离子腐蚀

Mg2+、Na+、K+等碱金属阳离子对井壁混凝土具有阳离子交换溶解性腐蚀作用。以Mg2+为例,当其作用于井壁混凝土时,Mg2+将置换混凝土中的Ca2+,从而使Ca(OH)2和m Ca O·n Si O2等胶凝物质发生溶蚀。Mg(OH)2与Ca(OH)2相比,前者的胶结能力差溶解度大,并且当Mg2+与混凝土中的m Ca O·n Si O2胶凝物质共存时,反应生成的Mg(OH)2更易达到稳定状态。Mg2+等的交换溶出性腐蚀会使混凝土孔隙率提高,结构的密实性降低,结构被削弱甚至解体,并为其他腐蚀成分的渗入创造了条件。当介质水流动或介质溶液中含有Na Cl时,Ca(OH)2的溶解度会增高,上述腐蚀速度加快[8]。另外,Na+等阳离子与Cl-、SO42-共同作用时,会对井壁混凝土形成结晶膨胀性化学腐蚀作用。当Na+与Cl-或SO42-在潮湿的井筒环境中共存时,会分别生成吸水性较强的芒硝和石盐晶体,这两种晶体会随着井筒中温度、湿度、气压的变化而发生吸水和脱水现象,在这一反复进行的过程中井壁混凝土将多次受到结晶应力的膨胀作用,这最终会使井壁混凝土发生成片脱落[9]。

2 气体腐蚀

井壁混凝土深处地下,其服役环境相对封闭且空气对流较差,而生产乏风中却含有二氧化碳、二氧化硫、硫化氢等多种有害气体,其对井壁结构的腐蚀作用不可忽略[2]。

2.1 CO2的溶解性腐蚀及碳化作用

矿井开采后井筒底部含水层的水压下降,致使水中的脱碳酸作用发生,并使井筒中CO2浓度提高。此时从底部含水层中溢出的CO2便会与井壁混凝土中的Ca CO3发生溶解反应,并在渗流水的作用下表现为井壁表面渗水处“钙华”现象的产生[10]。碳化作用则是指CO2经由毛细孔及微裂缝进入混凝土内部,并与Ca(OH)2、3Ca O·2Si O2·3H2O及2Ca O·Si O2·4H2O发生反应生成Ca CO3的过程。碳化的快慢主要取决于CO2向混凝土内部扩散的速度[11],且碳化速率会随碳化龄期的延长而减缓。粉煤灰及矿粉的加入,则会使井壁混凝土发生“二次水化”效应,消耗混凝土内的Ca(OH)2,从而降低混凝土的抗碳化能力。干湿循环下的氯盐腐蚀则会抑制混凝土的碳化化进程[12]。

2.2 SO2的硫化作用

矿井中的SO2主要来源于土壤中某些有机质等物质在微生物作用下的分解。SO2腐蚀混凝土时首先在混凝土孔隙通道中扩散,之后再在混凝土液相环境中溶解并发生部分亚硫酸根的氧化,从而形成由H+、SO42-、SO32-等组成的腐蚀性体系,这最终将导致混凝土中Ca(OH)2、3Ca O·Al2O3·6H2O、3Ca O·2Si O2·3H2O的腐蚀溶解以及石膏、钙矾石晶体的生成及混凝土的破坏。已有研究表明,粉煤灰的加入可以提高井壁混凝土的抗二氧化硫腐蚀能力,且在合理掺量范围内,粉煤灰用量越多SO2在后期向混凝土内部的硫化速率越小[13]。水灰比则通过改变混凝土中的微孔隙含量来影响SO2的硫化效果,且水灰比越大混凝土中的微孔隙含量越多,SO2越容易在混凝土内部扩散,混凝土越容易受到SO2的腐蚀作用。

2.3 H2S的腐蚀作用

在油田地区、火山岩地区以及其他含有机质及硫酸盐的地区,土壤中还会存在H2S,这些H2S主要源于土壤中有机质的分解及硫酸盐还原菌对硫酸盐的厌氧还原[14]。这些源于土壤的H2S本身对井壁混凝土并无明显的腐蚀作用,但和空气中的水分结合会在混凝土井壁上形成氢硫酸酸性水膜,这降低了井壁混凝土表面的碱性,营造出适合硫杆菌生的弱碱环境,为H2S在井壁混凝土表面生物氧化成硫酸提供了条件,从而进一步造成了井壁混凝土的酸性腐蚀及结晶膨胀性腐蚀[15]。

3 其他化学腐蚀

与普通混凝土相比,井壁混凝土强度等级多大于C50,水灰比小含碱量大,且其特殊的服役环境更适宜各种微生物生长。因此,研究井壁混凝土化学腐蚀时还要考虑到碱骨料反应和微生物的影响。

3.1 碱骨料反应

碱骨料反应(简称AAR)是指混凝土中的碱性物质与骨料活性Si O2、活性碳矿物成分等发生化学反应,并生成吸水膨胀性物质,从而使混凝土在浇筑成型一定时间后,内部逐渐产生自膨胀应力,造成混凝土由内向外膨胀开裂的损毁现象。碱骨料反应可分为碱硅反应(ASR)和碱碳反应(ACR)。反应一旦发生便难以控制和补救,即便采取修补加固措施也不能根除诱因,损毁还会继续发展,所以碱骨料反应形象的被称为是混凝土的“癌症”[16]。碱骨料反应发生的前提是有多余的水、混凝土中总含碱量较高、有活性骨料存在,三者缺一不可。通过控制原材料中碱活性骨料及碱含量、优化水灰比、掺入混合材、合理搭配结构尺寸和骨料尺寸、掺加纤维材料都可减轻碱骨料反应带来的损失。

3.2 微生物的化学作用

微生物亦会对井壁混凝土造成化学腐蚀作用。其主要机理是硫酸盐还原菌SRB、氧化硫杆菌SOB等微生物对有机质或硫酸盐进行氧化还原分解,并使之先后产生H2S和H2SO4,从而进一步对井壁混凝土产生化学腐蚀作用[17]。微生物对井壁混凝土的作用及影响因素多种多样。有些真菌可与SOB互利共生并加速SOB对井壁混凝土的腐蚀,而有些微生物却经过固着组成了生物膜并对井壁混凝土形成了保护,且5.5~8.5的p H值可使SRB和SOB大量增长,而过氧或缺氧则又会分别使SRB和SOB停止生长[18]。因此,控制井筒微生物生态环境,涂刷井壁混凝土树脂防腐涂层,掺加矿物掺合料、抗菌剂及苯丙烯聚合物等均可保护井壁混凝土不受微生物的化学腐蚀作用。

4 结语

井壁混凝土深处地下,其服役环境通常具有潮湿多水、狭小封闭且地质复杂的特点,因而极易受到离子、气体、碱骨料反应以及微生物腐蚀等的化学腐蚀作用。这些作用使井壁混凝土的服役寿命大大缩短,不但造成了较大经济损失和资源浪费,而且还时刻威胁着井下人员的生命安全。因此,有效的防护措施应被及时的采取以缓解化学腐蚀带来的种种危险。目前人们采取的防护措施主要有提高井壁混凝土自身的抗腐蚀能力、借助外界的附加防腐手段和改善井壁混凝土服役环境条件等几个方面。这些措施可最大程度的提高井壁混凝土的密实度、阻断腐蚀介质的传播途径、减少腐蚀介质的产生根源,从而保障井壁混凝土在腐蚀性环境中的服役安全。

化学混凝 篇2

城市生活污泥化学混凝脱水的研究

摘要：对某城市污水厂污泥采用PAFC与PAM复合絮凝剂进行脱水调理试验,污泥含水率可从91.8%降至86.8%,污泥体积则由原先的`45%降至28%.复合药剂无机与有机的最佳配比(质量比)为100∶1;而且在相同的处理条件下,采用复合絮凝剂不但较大幅度提高处理效果,而且药剂成本比单一采用无机药剂有所降低.作 者：林红艺 LIN Hong-yi 作者单位：茂名市第一污水处理厂,广东,茂名,525000期 刊：化工技术与开发 Journal：TECHNOLOGY & DEVELOPMENT OF CHEMICAL INDUSTRY年，卷(期)：,39(8)分类号：X799.3关键词：生活污泥 化学混凝 脱水 工艺条件

城市生活污泥化学混凝脱水的研究 篇3

目前,传统的污泥处置方法是填埋、焚烧、投海及土地利用。填埋,简单易行,成本低,但是需要大面积的场地,并且存在渗滤液问题,容易污染地表水和地下水。焚烧能大大减小污泥的体积,处理比较彻底,但是焚烧的设备复杂,资金投入大,污泥焚烧后的灰分重金属含量高难处置,焚烧过程中还会产生二氧化硫、二噁英等烟气污染空气[1~3]。

因此,探讨并实施城市污泥处理处置和资源化新途径,对解决污泥污染问题具有重要意义。本文在对生活污泥性质和组成测试的基础上,主要对生活污泥的脱水减容进行了研究。

1 污水厂生化污泥主要性质

某城市污水处理厂日处理污水10万t,采用UCT工艺,生化过程产生的剩余污泥通过二沉池由污泥泵抽至污泥浓缩池,浓缩池污泥的特性见表1。

2 污泥混凝脱水试验

试验分为两个阶段,第一阶段进行PAFC投药试验,第二阶段则进行PAFC与PAM复合投药试验。表2是第一阶段和第二阶段试验结果与未加药剂自然沉淀的结果对比。

从表2可以看到,投加PAFC单一无机絮凝剂及在其中添加PAM有机高分子絮凝剂,对污泥脱水均有明显效果,污泥体积减小量提高较多;同时可以看到,在投加PAFC中添加PAM,污泥脱水效果进一步提高。

3 混凝工艺条件控制

3.1 筛选混凝剂的复合配比

选择适合生活污泥脱水的混凝药剂,并筛选出最佳配比,是污泥脱水最关键的一步。污水厂采用的是PAFC铝基无机混凝剂,PAFC虽然具有投药量少、货源充足等优点,但铝基絮凝剂所形成的絮体结构松散、含水率高、沉降性和脱水性差,给污泥的浓缩和脱水造成较大困难。研究人员利用无机絮凝剂与PAM有机高分子聚合物作为复合混凝剂,经过上百次的试验再通过工业生产试运行证明收到良好的效果。

3.2 优化混凝剂的投药

混凝剂的投加量是根据污泥特性、反应条件等决定的。根据多次试验积累的经验,优化混凝剂的最佳投药量试验结果列于表3。

表3中的编号4结果表明使用复合絮凝剂有利于提高污泥的沉降性,同时沉降后的上清液更加清澈;在相同的处理条件下,采用复合絮凝剂不但较大幅度提高处理效率,而且药剂成本还有所降低。

3.3 控制工艺条件

水温:控制20~30℃为宜,温度过低混凝剂的水解速度慢,混凝效果明显降低,生成的絮体小而松散,不易沉降,这种情况对PAFC尤为显著;温度过高(>35℃)又会破坏絮体结构,使絮体变为碎块漂浮。

pH值:目前大多数的PAFC都是属于铝、铁基偏酸性的无机絮凝剂;而PAM则偏碱性,两者对pH值都有一定的要求。这可从复合絮凝剂的作用机理得到证实。铝、铁基絮凝剂在水中形上有上百种单核和多核络离子。所形成的络离子聚凝成结构松散的絮体,要将这些分散的絮体聚集成大块絮体,起主导作用的是有机高分子。由于其侧链带有强极性基团团,可以把水中带不同电性的SS分散系颗粒吸附到其分子链上而起交联、网捕、架桥作用的主要是有机高分子的水解产物,而这种水解产物偏碱性,所以若污水的pH值在8.5以上时就会影响有机高分子的水解作用,也影响其絮凝效果;而从铝基的水解反应可知,每一个水解过程都与H+有关,所以气浮絮凝效果与pH值有密切关系,试验表明污泥混凝脱水最佳pH=6.5~8.0。这也进一步说明无机组分需与PAM有机高分子组成复合混凝剂才能起到混凝的最佳效果。

水力条件:混凝过程需要经混合和反应两个阶段,在混合阶段并不要求形成大的絮体,但要求快速和剧烈搅抖使药剂迅速而均匀地扩散到水中,一般要求在几秒种至1min内完成。在反应阶段则要求水力紊动强度逐渐减弱,停留时间延长到15~30min,以创造足够的使絮体之间产生更多的碰撞机会和良好的吸附条件,使微小的初级絮体继续凝聚成为大絮体而沉降。因此水力条件对混凝过程非常重要。

工艺要求:复合絮凝剂是由无机物与有机高分子聚合物组成的聚电解质固体物质,易溶于水、易水解产生多种经基络离子,对污泥中的有机物所构成的分散系具有破坏其双电层结构和分电位的高效絮凝作用。但当有机高聚物过早地与无机混凝剂混合时会使有机高聚物凝固而丧失其絮凝作用,因此两种混凝剂不能同时在同一点加入,而必须让两者间隔几十秒钟分批加入才能充分发挥无机与有机两种混凝剂各自的作用。

4 结论

采用PAFC与PAM复合絮凝剂对城市生活污泥进行脱水调理,有利于提高污泥的沉降性,同时沉降后的上清液更加清澈;在相同的处理条件下,采用复合絮凝剂不但较大幅度提高处理效率,而且药剂成本还有所降低。

参考文献

[1]杨子江.城市污泥的综合利用研究[J].再生资源研究,2004,(1):32-36.

[2]易浩勇,郭宏伟,虞维平.城市污泥处理与资源化利用[J].能源研究与利用,2005,(6):49-52.

化学混凝 篇4

化学混凝与曝气生物滤池组合工艺用于再生水处理中试研究

将化学混凝与曝气生物滤池(BAF)结合,利用混凝处理和生物膜过滤的.双重作用,对城市污水处理厂二级处理出水进行深度处理,以实现污水的回用.结果表明:在原水ρ(CODCr),ρ(SS)和ρ(氨氮)分别为78,11和13 mg/L,色度为12倍时,出水ρ(CODCr),ρ(SS)和ρ(氨氮)分别为38,3和7mg/L左右,色度为2倍左右.相对于单独使用BAF,组合工艺对CODCr的去除率有所提高,色度去除率提高明显(50%左右).膨胀聚丙烯(EPP)填料最佳SS和CODCr去除率对应的滤层高度分别为1.0和2.5 m,在较高滤层处,氨氮去除率上升较快.

作 者：潘孝宇 宋乾武 李秀金 PAN Xiao-yu SONG Qian-wu LI Xiu-jin  作者单位：潘孝宇,李秀金,PAN Xiao-yu,LI Xiu-jin(北京化工大学,北京,100029)

宋乾武,SONG Qian-wu(中国环境科学研究院,北京,100012)

刊 名：环境科学研究  ISTIC PKU英文刊名：RESEARCH OF ENVIRONMENTAL SCIENCES 年，卷(期)：2005 18(6) 分类号：X703.1 关键词：生物膜过滤   混凝剂   曝气生物滤池   再生水   上浮填料  

化学混凝 篇5

混凝土是由胶凝状材料将砂、石等集料胶结成的复合材料, 作为岩土工程活动中重要工程材料, 处在工程环境中的混凝土, 不可避免的与水、空气和其他材料接触, 其在工程施工和运营过程中的侵蚀一直是学者们的关注焦点[1,2,3,4,5,6,7,8]。

混凝土效能的耐久性与其自身组分、结构和所处环境特征密切相关。外部环境的影响主要体现为两个方面:1) 物理干湿交替、温度和荷载变化引起的膨胀—收缩裂隙;2) 化学作用下, 混凝土结构和成分发生变化, 进而引起的工程性能降低。本文重点针对混凝土的化学侵蚀展开。

1 混凝土侵蚀机理

在化学侵蚀过程中, 水是重要的参与者和促进动力, 其作用可总结为四个方面:1) 水溶液为侵蚀性离子的侵蚀提供了化学反应场所, 并且有利于深部侵蚀的形成;2) 水溶液的扩散和流动会将生成物带走, 并导致侵蚀性离子持续存在, 引起侵蚀逐渐加剧;3) 水溶液本身也是侵蚀的参与者;4) 水引起了砂岩周围环境p H和Eh的变化。根据水溶液环境对混凝土侵蚀情况, 可以分为酸性侵蚀和碱性侵蚀, 其中酸性侵蚀又可以分为强酸、弱酸, 有机酸等;按照侵蚀性盐类成分引起的侵蚀可以分为硫酸盐侵蚀、碳酸盐侵蚀等。

酸性侵蚀主要是溶液中H+对混凝土材料中溶酸性材料的腐蚀引起的, 如引起以碳酸盐等形式起胶结作用的物质成分 (如反应式 (1) ) 的酸性溶解。碱性侵蚀主要是由于混凝土集料中往往存有长石、霞石等碱溶性成分, 这与第二章中长石的风化可相联系。在强碱性环境中长石和霞石 (Na Al Si O4) 会发生分解 (见反应式 (2) , 式 (3) ) [8], 进而导致混凝土骨架结构的破坏。硫酸盐的侵蚀主要体现为, SO2-4会与混凝土中Ca2+生成石膏, 进而引起体积膨胀, 造成混凝土劣化 (反应式 (4) ) 。同时强碱性环境对石英腐蚀也值得注意:当p H值小于8时, 其溶解度很小;p H升至9.5以上石英溶解度急剧增加;特别是p H高于11时, 溶解度可高达5 000 ppm (见图1) 。碳酸盐侵蚀是由于水溶液中CO2含量增大时, p H呈弱酸性, 此时会导致化学反应式 (1) 向右进行。

2 黄铁矿对混凝土侵蚀的影响

当周围环境中存在黄铁矿 (Fe S2) 等硫化矿物时, 对混凝土的工程性能会造成严重的危害。黄铁矿在水、游离氧和微生物作用下迅速氧化, 形成强酸性水环境 (见图2, 尤其是第二和第三阶段) , 并且会有大量SO42-生成。黄铁矿初始反应阶段, 首先发生表面溶解, 然后才发生与溶解氧的氧化反应, 且溶解速率一般比氧化速率快, 只有当溶解产物明显增加时, 氧化反应才变得明显。在生物氧化为主阶段/p H急降阶段 (第二阶段) 随着黄铁矿周围环境中p H值降低, 喜酸细菌 (如嗜硫杆菌S.thermoulfidooxidans等) 开始增多, 造成溶液p H值急剧降低。随着p H降低至3以下 (第三阶段) , 大量的Fe2+存在于溶液中, 而此时Fe (OH) 3胶体发生溶解, 加速了黄铁矿的氧化速率, 特别是在p H值在2.5附近时SO42-释放量急剧增加。

因此, 黄铁矿的存在一方面导致混凝土的酸性侵蚀加剧, 同时会形成具有膨胀性的石膏。1998年西班牙Aznalcllar尾矿坝事故就是由于坝基岩石中黄铁矿风化造成岩体孔隙增大, 结构破碎, 同时风化所产生的酸性水导致混凝土强度失效所致[10,11]。此外, 在黄铁矿存在时, 还可能存在H2S侵蚀, 其侵蚀机理可用化学反应式 (5) , 式 (6) 表示;反应会导致钙质成分流失, 导致混凝土孔隙增加, 强度下降。

3 结语

混凝土的化学侵蚀可归纳为:1) 在水的参与下, 溶液中的化学物质对混凝土中的集料或胶结成分产生化学溶蚀作用, 导致混凝土孔隙度增大, 骨架性结构丧失;2) 反应过程中会形成膨胀性物质, 如石膏, 在膨胀力作用下, 混凝土裂隙增加, 强度出现亏损, 耐久性降低。

工程中在选择混凝土材料和工程养护时, 应注意:1) 根据工程环境选择混凝土集料和配比, 特别是环境中的p H值以及侵蚀性离子;2) 工程中的混凝土应采取防水和干燥措施, 降低化学侵蚀反应速率;3) 存在强碱性时, 慎用长石、霞石含量多的集料。

摘要：从影响混凝土侵蚀的矿物学角度出发, 对混凝土侵蚀机理进行了总结分析, 指出酸性环境和高碱性环境不利于混凝土的抗侵蚀性;当混凝土存在黄铁矿时, 侵蚀速率会出现显著增加;酸性水会对混凝土骨架结构产生腐蚀, 破坏混凝土的完整性。

化学混凝 篇6

本文将油页岩灰磨细处理20 min后用于低容重加气混凝土的生产中, 分别研究三种化学激发剂 (三乙醇胺、Na2SO4和Na2Si O3·9H2O) 对加气混凝土性能的影响。

1 试验原料与仪器

1.1 试验用原材料

1.1.1 P·O42.5水泥

取自海阳龙凤热电有限公司, 其化学成分与物理性能见表1及表2。

1.1.2 油页岩灰

取自莱州龙泰热电有限公司, 其化学成分见表3, SEM照片见图1。

由图1可知, 油页岩由于燃烧温度较低, 其颗粒较粗大, 形态不规则, 结构疏松多孔, 球形颗粒较少。

1.1.3 矿粉

试验中所用到的矿粉取自海阳龙凤热电有限公司, 其化学成分见表4。

本文所用矿粉具有较高活性, 其7 d和28 d活性指数分别达到77%、95%, 符合S95级矿粉相关要求。

1.1.4 化学激发剂

1.2 试验用仪器

激光粒度分析仪 (LS13320 BECK MAN COULTER) ;X-ray衍射仪 (D8-advance德国布鲁克公司) ;X射线荧光光谱分析仪 (S8-TIGER德国布鲁克AXS公司) ;扫描电镜 (S-2500日立公司) ;双平板导热系数测定仪 (IMDRY3001天津英贝尔科技发展有限公司) ;微机控制电液式压力试验机 (YAW-300B济南试金集团) ;电热恒温鼓风干燥箱 (101-1S北京雅士林实验设备有限公司) ;电子天平、行星式胶砂搅拌机、球磨机等。

1.3 试验步骤

图2为制备加气混凝土砌块的工艺流程图。

1.3.1 原材料预处理

将实验用原材料加工处理至标准要求, 按配合比均匀混合成干混料。

1.3.2 料浆制备

取一定质量的混合料, 加水搅拌制得加气混凝土浆料, 并将料浆搅拌均匀。控制料浆扩展度 (22 cm~26 cm) 及料浆温度 (30℃~40℃) 。

1.3.3 浇筑成型

在所制备料浆中加入适量双氧水, 搅拌均匀后立即倒入模具成型。

1.3.4 蒸汽养护

将成型的坯体放入静停室进行蒸汽养护, 养护时间6 h, 温度40℃~60℃, 湿度80%~95%。

1.3.5 蒸压养护

将坯体切割后, 送入蒸压釜养护:升压3 h, 恒压养护3.5 h~4 h (压力0.8 MPa~1.2 MPa) , 降压3 h。

1.3.6 性能测试

待出釜的加气混凝土砌块冷却至室温, 进行相关性能的测试。

2 结果与分析[3]

实验设定加气混凝土制备的原料配合比:油页岩灰35%、矿粉25%、水泥40%, 料浆温度35℃, 双氧水4.0%, 稳泡剂A0.09%。其中, 油页岩灰为磨细处理20 min的物料。

2.1 三乙醇胺对加气混凝土砌块性能的影响

三乙醇胺易与金属离子发生络合反应, 生成化学性质相对稳定的可溶性络合物, 有利于水化产物迅速分散, 促进加气混凝土的水化反应, 增加水化产物生成量, 改善加气混凝土性能。

本实验方案配合比及实验结果见表6。三乙醇胺掺量对加气混凝土抗压强度的影响如图3所示。

实验结果:由图3知, 三乙醇胺的掺入对自保温加气混凝土的抗压强度无显著影响。当三乙醇胺掺量小于0.06%时, 随着三乙醇胺掺量增加, 加气混凝土抗压强度逐渐增大且增幅不大。当三乙醇胺掺量超过0.06%时, 加气混凝土抗压强度不再增大, 反而有一定程度的降低。

结果分析:适量的三乙醇胺可与料浆中的A13+、Fe3+络合成易溶物, 破坏包裹在颗粒表面的难溶性水化物膜, 促进水化生成物扩散, 提高水热合成反应程度, 增加水化产物数量, 在一定程度上提高加气混凝土的抗压强度。三乙醇胺掺量过多会加速砌块内水化产物生成, 导致水化产物结构疏松、微观结构的致密性差, 降低加气混凝土的抗压强度。综上所述, 本实验中三乙醇胺较适宜掺量为0.06%。

2.2 硫酸钠对加气混凝土砌块性能的影响[4,5]

硫酸钠又称作元明粉, 易溶于水, 可与水泥水化形成的Ca (OH) 2发生以下反应:

反应生成大量Na OH与细小的二水石膏颗粒, 提高溶液碱度, 有利于矿渣微粉与油页岩灰潜在活性的激发, 促进硅酸盐水泥的水化反应。硫酸钠掺量过大会导致水化产物的致密性较差, 不利于加气混凝土性能的提高。

本实验方案配合比及实验结果见表7。硫酸钠掺量对加气混凝土抗压强度的影响如图4所示。

实验结果:由图4知, 当硫酸钠掺量小于0.3%时, 随着硫酸钠掺量增加, 加气混凝土的抗压强度不断增大。当硫酸钠掺量超过0.3%时, 加气混凝土抗压强度随硫酸钠掺量增加而减小。

结果分析:原因在于, 适量硫酸钠电离出的SO42-可吸附到矿物玻璃体表面, 活化硅氧键和铝氧键, 并协助OH-起到化学激发作用, 促进油页岩灰与矿渣微粉参与水热合成反应, 增加水化产物数量, 改善加气混凝土的微观结构, 提高抗压强度。过量硫酸钠会导致早期水化反应过快, 水化产物结构致密度较差。而且, 料浆中过量的SO42-会导致膨胀性钙矾石的迅速生成, 使加气混凝土产生大量无法修复的微裂纹, 降低砌块的抗压强度。综上所述, 本实验中硫酸钠较适宜掺量为0.3%。

2.3 硅酸钠对加气混凝土砌块性能的影响

Na2Si O3·9H2O又称作水玻璃, 对水热合成反应的激发效果良好。水玻璃电解产生的钠离子可与浆料中氢氧化钙电离产生的氢氧根离子结合形成强碱Na OH, 提高溶液p H, 促进油页岩灰与矿渣微粉的水化反应。水玻璃水解生成的硅胶可与Ca2+反应生成水化硅酸钙类水化产物, 增加水化产物数量。另外, 水玻璃还具有稳定双氧水的作用, 可降低其发气速率, 保证发气膨胀的稳定性[6]。

本实验方案配合比及实验结果见表8。硅酸钠掺量对加气混凝土抗压强度的影响如图5所示。

实验结果:由图5知, 硅酸钠掺量对加气混凝土的抗压强度影响显著。当硅酸钠掺量小于1.5%时, 随着硅酸钠掺量增加, 加气混凝土抗压强度不断增大。当硅酸钠掺量超过1.5%时, 加气混凝土的抗压强度随硅酸钠掺量增加而减小。

结果分析:原因在于: (1) 水玻璃水解生成氢氧化钠, 提高料浆体系碱度, 破坏矿物硅氧结构, 激发原材料的潜在活性, 促进水热合成反应进行; (2) 水玻璃水解生成的硅胶可与浆料中的钙离子、铝离子发生反应, 生成水化硅酸钙、水化铝酸钙类水化产物, 促进水玻璃和活性矿物更深层次水解, 提高料浆体系的碱含量, 促进水热合成反应, 增加水化产物数量, 提高砌块抗压强度; (3) 硅酸钠对双氧水的稳定作用, 可减缓坯体发气速度, 减少由于坯体发气过快所产生的微裂纹数, 保证砌块抗压强度的增大; (4) 硅酸钠可改善加气混凝土孔结构分布, 细化孔径尺寸, 增大其抗压强度; (5) 过量硅酸钠可使加气混凝土料浆碱度迅速达到饱和, 相对增大了Ca/Si比, 减少了托勃莫来石的数量, 且由于早期水化反应较快, 导致水化产物结构疏松, 使砌块抗压强度降低。综上所述, 本实验中硅酸钠较适宜掺量为1.5%。

2.4 化学激发剂对加气混凝土砌块导热系数的影响

本试验选用各化学激发剂的最佳掺量分别制备300 mm×300 mm×20 mm的加气混凝土保温板, 并按国标JC 275-80测试其导热系数, 实验结果见表9。

由表9知, 三种化学激发剂均可在一定程度上改善自保温加气混凝土的保温性能, 降低其导热系数。其中, 掺加1.5%硅酸钠所制得加气混凝土的保温性能最好, 导热系数值达到0.0895 W/ (m·K) 。实验说明, 适量化学外加剂的加入可促进水热合成反应的进行, 增加水化产物数量, 密实孔壁结构, 增加闭孔数量, 降低其导热系数。

2.5 化学激发剂对加气混凝土砌块微观结构及水化产物的影响

本试验选用各化学激发剂的最佳掺量 (三乙醇胺0.06%;硫酸钠0.3%;硅酸钠1.5%) 分别制备加气混凝土, 其微观结构的SEM及XRD图谱如图6、图7所示。

2.5.1 SEM分析

由图6知, 掺入适量化学激发剂所制得加气混凝土的矿物水化程度较好, 水化产物数量、结晶度及孔壁致密度较高。由图6 (1) 知, 未掺化学激发剂的加气混凝土断面内可见大量团状、絮状和卷箔薄片状C-S-H凝胶, 孔隙内含有大量结晶度较差的片状托勃莫来石晶体, 小堆状水化石榴子石零星分布于托勃莫来石晶体上。孔壁结构致密性较差。由图6 (2) 知, 掺加0.06%三乙醇胺的加气混凝土断面内水化产物以叶片状托勃莫来石、团状和卷箔薄片状C-S-H凝胶、小堆分布的水化石榴子石为主。孔壁结构致密性较差。由图6 (3) 知, 掺加0.3%硫酸钠的加气混凝土断面内水化产物数量及种类较多, 主要以结晶度较高的片状托勃莫来石、团状和卷箔薄片状C-S-H凝胶为主, 未见明显的水化石榴子石。孔壁结构相对致密。由图 (4) 知, 掺加1.5%硅酸钠的加气混凝土断面内可见大量结晶程度较好的柳叶状托勃莫来石、网状和卷箔薄片状的C-S-H凝胶、小堆状分布的水化石榴子石, 孔壁微观结构致密。实验说明, 化学外加剂的掺入有利于促进水化反应, 增加水化产物数量, 提高其结晶度。

2.5.2 XRD分析

由图7知, 掺加化学外加剂与未掺加化学外加剂所制备加气混凝土的水化产物相似, 均以C-S-H凝胶、托勃莫来石、水化石榴子石和少量硅钙石为主。除此之外, 还有未反应完全的Si O2。结合图6与图7可知, 掺加化学激发剂所制备加气混凝土的水化产物总量和结晶度较高。其中, 托勃莫来石 (29.000、30.097、49.518Å) 的衍射峰明显增强, 峰形变得尖锐, C-S-H凝胶 (31.797Å) 的衍射峰有一定程度的增强, 且峰宽增大。实验说明, 化学激发剂的掺加可有效激发油页岩灰与矿渣微粉的潜在活性, 促进水热合成反应进行, 提高C-S-H凝胶、托勃莫来石的数量及结晶度, 改善加气混凝土的微观结构, 提高致密程度。

3 结论

三乙醇胺、Na2SO4和硅酸钠三种化学激发剂对加气混凝土的性能均有不同程度的影响, 均可在一定程度上激发油页岩灰及矿渣微粉的潜在活性, 促进水热合成反应进行, 增加水化产物数量并提高其结晶度, 改善加气混凝土的微观结构。

激发效果次序为:硅酸钠>硫酸钠>三乙醇胺。其中, 硅酸钠对于加气混凝土性能的影响最为显著, 且对双氧水具有稳定作用, 可有效降低坯体的发气膨胀速率, 优化孔结构。本实验中, 三乙醇胺较适宜掺量为0.06%;硫酸钠较适宜掺量为0.3%;硅酸钠较适宜掺量为1.5%。

参考文献

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[3]王少武.提高泡沫混凝土抗压强度的研究[D].中南大学:2005 (6) .

[4]Shiyuan Huang.Hydrati on of fly ash cement and microst ructure of fly ash cement pastes[J].CBI Research, 1981 (2) .

[5]王智, 郑洪伟, 钱觉时.硫酸盐对粉煤灰活性激发的比较[J].粉煤灰综合利用, 1999 (3) .

化学混凝 篇7

在研究混凝土表层物理性能的方法中, 回弹法和表层渗透性能测定法已得到了广泛的应用, 但是这些应用都有一定的缺陷:回弹法只能应用于普通强度等级的混凝土, 并且由于误差太大, 只能对混凝土进行定性的判定;表层渗透法容易受混凝土密实程度、环境温度湿度的影响, 其应用都有一定的局限。在评判材料表面物理性能的研究方法中, 冲击球压法以便于操作、解析理论精确等特点备受重视, 目前已成功应用于脆性材料及金属材料的弹塑性变性特征等领域[3,4,5], 但是在混凝土工程中的应用屈指可数:文献[6]利用冲击球压方法和恢复系数的物理意义研究了喷射混凝土的喷射成功概率;文献[7]利用冲击球压方法, 结合等效冲击[8]的概念研究了混凝土材料在小能量冲击作用下的损伤破坏现象;文献[9]研究了混凝土在颗粒冲击作用下局部损伤的机制, 但是利用冲击球压技术评价混凝土受腐蚀破坏的研究尚未见报道。本文利用冲击球压方法研究了短期化学腐蚀下混凝土表面的物理性能及变化特征, 拟建立一种可快速、敏锐评价混凝土表面受短期腐蚀作用而变化的测试方法。

1 理论背景

假设一个质量为m、弹性模量与泊松比分别为E1和v1的小球垂直地冲向弹性模量和泊松比分别为E和v的平面上, 接触瞬间小球相对于平面的临界速度为vin, 材料受到的最大荷载F与产生的最大损伤半径a表示为[10]:

对于任何材料而言理论半径a永远小于实测半径r, 因此符合式 (3) 关系的情况是不存在的, 在实际研究中, 往往采用打磨抛光等措施降低二者之间的误差;此外, 由于冲击过程中压痕损伤区的复杂变化, r值在一般情况下略微偏大。假设冲击结束后材料弹性变形完全恢复, 残余的损伤区相当于冲击最终产生的损伤。在对材料进行迅速、敏锐地检测时这种假设是可行的。因此损伤区的体积可表示为:

由能量守恒的原理可知, 球头接触平面时的动能Uk在冲击中转化为使材料发生弹塑性变化的变形能UE、UP和弹性波的振动扩散以及极少量的热能[11], 根据Hutchings[12]的研究, 弹性波振动扩散的能量大概占总能量的1%~4%, 可以将其忽略不计, 因此冲击过程中各组分的能量遵循[13]:

冲击结束后弹性变形能使球头发生速度为vout的回跳[14], 即:

结合式 (1-7) , 得到动态硬度和恢复系数的表达为:

由式 (8-9) 可知, 动态硬度和恢复系数分别定义了一定能量下材料抵抗塑性变形和发生弹性恢复的能力, 反映了材料表面弹塑性力学特征。上述公式中出现的物理量除半径r需要测量之外, 其他物理量均为已知、或可由传感器读出, 因此只要对r进行精确的测量, 就可以方便地评价岩石材料表面的弹塑性力学特征。

2 试验材料与方法

混凝土强度等级为C80, 28天抗压强度为86.2MPa, 配合比见表1, 采用100mm×100mm×100mm的模具成型。为了保证混凝土强度的顺利发展, 拆模后将混凝土置于标准养护室养护56天, 之后分为两组, 一组置于标准养护室继续养护, 另外一组置于HNO3和5%质量分数的 (NH4) 2SO4混合溶液中 (p H=2.54) , 以浸泡3天105℃干燥1天为1个循环, 3个循环构成1个周期。每个循环结束后测量溶液p H值并利用HNO3重新将溶液酸度调整至2.54, 每个周期结束后对其进行抗压强度和冲击球压试验。

冲击球压装置为自己设计, 设备原理见图1。其中, 球头材料为碳化钨, 弹性模量和泊松比分别为600GPa和0.15, 为了降低样品边缘和测点间距所带来的测试影响, 对测点位置进行了规范的布置 (图2) :测点距样品边缘>1cm, 测点间距>2cm。冲击过程中的荷载通过传感器精确测定;试验结束后, 利用日产VHX-600E型超景深显微镜对损伤半径进行测量。

3 试验结果与讨论

3.1 腐蚀时间对冲击荷载—时间关系的影响

图3给出了不同腐蚀周期下混凝土在一次冲击荷载作用下冲击荷载与冲击时间的变化曲线。从图中可以看出, 随着腐蚀行为的进行, 短期内混凝土冲击荷载—时间曲线轮廓没有什么变化, 这说明短期的腐蚀不会对混凝土表层以下的结构产生明显的破坏。注意到卸载结束时此关系的变化, 可以发现球头并非以0荷载的形式离开混凝土表面, 而是伴随有不同程度的振荡, 这种振荡特性随着腐蚀时间的不同而不同;另外, 观察荷载峰值也可以发现类似的不同。为了清晰地观察这一现象, 现将两区域放大后的曲线关系列于图4、图5。

由图 (4-5) 可知, 随着腐蚀时间的增加, 混凝土的峰值变化是较为类似的, 而球头所能达到的峰值荷载却是逐渐降低的;应用于本试验中的数据均是在相同高度下落的条件下所记录, 因此, 混凝土的峰值变化说明了表层腐蚀的存在性和腐蚀时间依赖性。对球头脱离混凝土表面瞬间的冲击荷载——时间曲线分析表明, 随着腐蚀行为的进行, 卸荷过程中受冲击混凝土区域反作用于球头的冲量也逐渐降低;冲击过程中球头使混凝土局部区域发生弹塑性变形, 由于塑性变形基本无法恢复, 而弹性变形在卸载过程中基本发生完全恢复, 此时产生弹性恢复的能量主要转化为球头离开表面时的冲量;因此腐蚀行为的进行会降低混凝土表面的弹性。

为了进一步说明这个关系, 将冲击荷载—压痕尺寸关系列于图6。从图6可知, 在本试验范围内的混凝土冲击荷载—压痕尺寸关系近似呈现双线性;不论腐蚀时间多长, 混凝土总是在度过某一临界荷载后荷载不再随着压痕尺寸的增加而明显增加, 但是临界荷载以内的冲击荷载—压痕尺寸斜率却随着腐蚀的进行而降低。这种现象一方面说明了短期腐蚀不会改变混凝土表层以下的物理性能, 另一方面追踪到了混凝土表层物理性能随腐蚀的进行而逐渐劣化的现象。

3.2 腐蚀时间对溶液p H值和抗压强度比的影响

随着腐蚀的进行, 混凝土的碱性组分不断被溶液中的H+和NH4+所消耗, 溶液p H值远远大于初始值 (图7) , 从图7中可以发现, 最初的循环结束时溶液p H值变化最为剧烈, 而后的变化基本趋于平衡, 这说明了H+和NH4+一开始就造成了混凝土表面组分的大量溶蚀, 随着腐蚀的进行, 表面组分的溶蚀程度有所降低。

对相同龄期下受腐蚀和标准养护的混凝土抗压强度比进行分析可知 (图8) , 短期腐蚀不会对混凝土整体性能造成破坏。处于腐蚀溶液中的混凝土短期内表面会受到破坏, 而溶液中大量的水份却可以满足混凝土内水泥水化反应的需求, 在腐蚀破坏的速率低于水泥水化反应的速率时, 抗压强度比不具备精确追踪混凝土腐蚀程度的时效性。

3.3 腐蚀时间对混凝土表层动态硬度和恢复系数的影响

通过上文的分析可知, 宏观物理性能不能准确地表征短期腐蚀下混凝土遭受破坏的程度, 而腐蚀溶液p H值的变化特性只能应用于实验室的连续追踪, 在实际情况中, 混凝土遭受化学腐蚀破坏并非全部以可见溶液为介质。为此, 结合上文所述的公式, 在相同荷载水平下得到了不同腐蚀时间下混凝土动态硬度和恢复系数的近似值图9) 。在这里必须要说明的是, 动态硬度和恢复系数不是材料固有的参数, 它会随着材料的宏观性能、冲击荷载等因素的变化而迅速变化, 本文对混凝土动态硬度和恢复系数的定量化是建立在荷载与冲击高度基本相同的前提下。由图9可知, 随着腐蚀的进行, 混凝土表层的动态硬度和恢复系数均下降了, 且在第二个腐蚀周期之前下降的程度最明显, 由于动态硬度和恢复系数分别代表了材料表面在动荷载作用下抵抗局部塑性变形的能力和弹性损耗的特性, 因此随着腐蚀的进行, 混凝土表面不但抵抗塑性变形的能力减弱了, 而且弹性特性也发生了严重的降低。

4 结论

通过对混凝土进行短期腐蚀的试验, 可以得到如下结论:

(1) 由冲击荷载—时间关系曲线可知, 冲击结束后球头离开混凝土表面瞬间所储存的能量随着腐蚀时间的增加而减小;

(2) 由冲击荷载—压痕尺寸关系可知, 在限定高度的条件下, 混凝土冲击荷载—压痕尺寸关系特性表现为双线性, 这一特性在短期内不会随着腐蚀的进行而改变, 但是在荷载临界值之前曲线的斜率随着腐蚀的进行而逐渐降低;

(3) 随着腐蚀的进行, 混凝土的动态硬度、恢复系数逐渐降低, 并且降低的趋势在腐蚀前期最为剧烈, 因此, 研究混凝土早期的腐蚀变化对混凝土深层次的腐蚀破坏有重要意义。

(4) 抗压强度比不能对短期腐蚀条件下混凝土破坏的程度进行表征, 溶液p H值的变化无法使用于所有混凝土工程, 而冲击球压法可以对混凝土短期内的腐蚀破坏程度进行敏感、精确的表征, 因此, 通过冲击球压法可以方便、快捷地确定出混凝土在腐蚀过程中表面物理性能的变化。

摘要：混凝土是一种极易受环境介质影响的材料。为了探索可敏锐检测短期内环境腐蚀介质对混凝土表层物理性能破坏的测试方法, 利用冲击球压法研究了混凝土冲击荷载—压痕尺寸、冲击荷载—接触时间关系以及抗压强度比与腐蚀溶液pH值随腐蚀时间变化的特点。研究表明, 混凝土冲击荷载—压痕尺寸及接触时间的曲线不会随着腐蚀的进行而变化, 但是卸载结束后球头的受力状态和低荷载阶段的球头冲击状态却会随着腐蚀的进行而敏感变化。此外, 结合上述结论得到的相同荷载水平下混凝土的动态硬度和恢复系数表明:在腐蚀前期, 硫酸铵和酸溶液的混合腐蚀对混凝土表层物理性能的劣化起到重要作用。

化学混凝 篇8

近几年来, 在对老建筑翻新, 及建筑物使用功能的改变, 或对现有建筑物的改建、扩建等方面的需求越来越大, 混凝土结构后锚固技术也在建筑施工中得到了广泛的应用。

2 后锚固技术的基本原理和工艺流程

高效钻孔技术促进了不同种类后锚固产品的快速发展, 因此选择适合自己特殊要求的锚栓也是比较困难的。下面对后锚固技术的基本理论在这里介绍一下:

化学锚固系统:化学锚栓包含金属部分 (加螺杆) 和砂浆。作为砂浆中的粘结剂可采用有机树脂、水泥或它们的混合物。

2.1 材料

基材:必须坚固可靠, 相对于被连接体应有较大体量以便获得较高锚固力。

锚栓:化学植筋的钢筋及螺杆应采用HRB400级和HRB335级带肋钢筋及Q235和Q345钢螺杆。

锚固胶:化学植筋的锚固性能主要取决于锚固胶 (对于胶粘剂、粘结剂) 和施工方法。我国使用最广的锚固胶是环氧基锚固胶。

2.2 化学锚栓及植筋的适用范围

满足锚固深度要求的化学植筋及螺杆, 可应用于抗震设防烈度不大于8度的受拉, 边缘受剪, 拉剪复合受力的结构构件及非结构构件的后锚固连接。

2.3 构造措施

2.3.1 对于化学植筋混凝土基材的厚度h应满足以下规定:

h≥hef+2d0且h>100mm, 其中 (hef为锚栓埋置深度, d0为锚孔直径) 。

2.3.2 群锚锚栓最小间距值Smin和最小边距值Cmin不应小于下列数值Smin≥5d, Cmin≥5d。

2.4 工艺原理及流程

工艺原理:通过合成树脂砂浆粘合锚杆和孔壁使锚杆锚固基础与被锚固对象形成一个整寸、垂直 (水平) 度及胶浆外观固化情况, 用铁钉刻划检查胶浆固化程度, 以手拔方式初步检查连接件是否锚牢、锚实。

3 锚固工程文件资料检查及工程验收

3.1 文件资料检查应包括:

设计施工图纸及相关文件, 锚固胶的出厂质量保证书或检验证明 (其中应有主要组成及性能指标、生产日期、产品标准号等) , 锚杆的质量合格证书 (含钢号、尺寸规格等) , 施工工艺记录及操作规程和施工自检人员的检查结果等文件。

3.2 验收应提供下列文件和记录

3.2.1 设计变更

3.2.2 锚栓的质量合格证书, 产品 (安装) 使用说明书和进场后的复验报告

3.2.3 锚固安装工程施工记录

3.2.4 锚固工程质量检查记录

3.2.5 锚栓抗拔力现场抽检报告

3.2.6 分项工程质量评定记录

3.2.7 工程重大问题处理记录

3.2.8 竣工图及其他有关文件记录

4 化学锚栓及植筋的应用

4.1 化学锚栓所采用的树脂大致可分为:

不饱和聚酯树脂、乙烯酯树脂及环氧树脂。下面就我国应用最广泛的环氧基锚固胶为例简述一下环氧树脂。该材料最主要的优点是收缩率低和粘结力高, 它能产生很高的强度, 对清孔方法的效果敏感性小;最主要的缺点是耐高温稳定性差 (最大为+50℃) , 同时应用范围小 (+5℃~+40℃) , 硬化时间长 (在20℃:12h-24h) 。为此在工程应用中对于化学植筋的焊接应考虑高温对胶的不良影响, 采取有效的降温措施。离开基面的钢筋预留长度应不小于20d且不大于200mm, 钻孔潮湿对环氧类材料有负面影响。另外该材料有可能对皮肤有刺激作用。

(上接32页) 基本情况, 准确找到病因所

4.2 对于各种化学树脂我们在工程应用中还应注意以下几个方面:

4.2.1 技术数据:抗压强度、收缩率、密度、粘度、导热性、耐热性等;

4.2.2 安装时间:根据不同材料、不同温度掌握安装时间;

4.2.3 硬化时间:根据不同材料, 基材的不同温度掌握硬化时间;

4.2.4 应用温度:

以德国慧鱼注射树脂系列为例, 可在温度高达+120℃使用, 锚栓基材的长期温度不得超过+80℃;

4.2.5 耐火性;

4.2.6 化学稳定性:

通过目测观察式样有无变化, 如开裂、表面腐蚀、角部变平、发泡膨胀等现象, 从而制定其化学稳定性;

4.2.7 持续受荷性能:

锚栓必须能够在一给定的时间内长期承受荷载而不产生较大的位移, 因此锚栓长期受荷性能值得引起注意;

4.2.8 仓储期:

施工中应注意存放的温度、湿度及存储时间;

4.2.9 对各种树脂在不同情况下的反应:

如, 在+50℃情况下是否蠕变, 在碱性影响、潮湿影响下是否有皂化, 对冷扎影响的大小及是否有毒性等。

4.3 工程应用实例

在2003年, 哈尔滨爱达投资置业有限公司建设的爱建新城工程中, 其四栋建筑物因客户需要, 在建筑物二层以上设空中连廊, 经设计院工程师计算, 相关专业厂家配合, 采用化学植筋, 对各部位进行植筋处理, 浇注膨胀混凝土, 连廊荷载全部作用后, 经连续观测, 该工程各部位无变形。

淹没补偿, 工程实际费用高出工程土建造价较多。

摘要：介绍了混凝土结构后锚固技术之化学锚栓及植筋的基本原理和工艺流程, 并结合工程实例具体应用。

化学混凝 篇9

目前, 随着拉萨市经济建设的飞速发展, 交通工具的数量剧增和汽车轴载日益重型化;另一方面, 拉萨市处于青藏高原高寒环境下, 受西伯利亚寒流、多年冻土的影响, 干旱少雨, 紫外线照射剧烈, 日夜温差较大, 年平均气温较低, 在这种恶劣的气候环境条件下, 加剧了混凝土的破损。拉萨市混凝土路面结构受到干湿循环、冻融循环、风蚀等多种自然条件因素的作用, 降低了混凝土的强度, 道路表面极易产生开裂、麻面、沉陷、露骨、破碎、接缝料损坏等路面损坏, 影响了道路的使用, 面临着修复工作。国内外很多研究表明, 粉煤灰掺入到混凝土中能够很好的改善混凝土的工作性能, 而且可以充分利用工业生产的废料, 起到环保的作用。结合拉萨路面实际状况, 通过理论及试验分析, 归纳总结出粉煤灰化学组成对高寒地区混凝土强度的影响。

2 拉萨市混凝土道路破损状况

2.1 麻面、露骨

由于混凝土施工时遭遇雨水, 致使混凝土表面结合料磨失, 成片或者成段的地呈现出过渡的粗糙现象, 这种现象叫做麻面。混凝土表面灰浆不足, 泌水提浆造成混凝土路面表面强度降低, 致使路面混凝土保护层脱落形成的骨料裸露现象, 这种现象称为露骨, 如图1、图2所示。拉萨市混凝土道路由于车载负荷较大和夏季雨水较多、温差较大等原因每条道路出现了多处麻面和露骨的破损现象。

2.2 接缝料损坏

由于填缝料脆裂、老化、挤出及板边脱离造成接缝内无填料, 这种现象叫做填缝料损坏, 包括填料破损、缝内混杂砂石。质量较差的填缝料, 在短时间内比较容易发生填缝料损坏现象。拉萨市道路因为部分混凝土空隙较大, 导致混凝土较疏松, 容易发生接缝料损坏, 如图3所示。

2.3 裂缝

混凝土路面由于混凝土所承受的强度小于路面板内应力而容易出现的横向和纵向断裂裂缝, 如图4、图5所示。荷载越重, 面板越薄, 板产生的弯拉应力就越大, 当弯拉应力超过混凝土的极限抗弯拉强度时, 混凝土板便产生裂缝。裂缝的出现使得路面板结构的整体性遭到破坏, 致使路面板丧失了部分以至全部承载能力。

由于拉萨市所处的青藏高原单日昼夜温差最高可达30℃以上, 日温差也在10℃以上, 日温差变化幅度较大, 温度变化不均匀[1], 混凝土材料具有热涨冷缩的性质, 热涨引起压缩变形, 冷缩引起拉伸变形, 都容易引起混凝土道路的开裂。由于拉萨市昼夜温差较大, 产生热胀冷缩的效应, 产生较大的拉应力, 拉力超过混凝土的极限抗拉强度时, 就会产生横向或纵向裂缝。

混凝土由于存在着强度高、成本低、使用寿命长、易于维护等优点, 在我国建筑行业中尤其是道路中, 是当今用量最大的建筑材料, 由于拉萨道路长期的超负荷以及高寒环境的影响, 使得拉萨市路面出现了多种形式的破损情况, 破损和混凝土的强度有着密切的关系, 这将影响着拉萨的市容市貌及交通安全, 因此需要着重改善混凝土强度性能。

3 粉煤灰对混凝土强度影响的微观化学机理分析

3.1 掺加粉煤灰提高混凝土密实度

粉煤灰含大量Si O250.12%~50.47%) 、Al2O3 (31.07%~32.94%) 等化学成分能与水泥的组分反应产生凝胶的活性物质, 它们在粉煤灰中以球形玻璃体的形状存在, 比较稳定且表面密实, 不易水化, 能与水泥水化生成的Ca (OH) 2发生二次水化反应, 生成水化硅酸钙和水化铝酸钙, 填充于水泥水化产物的孔隙中, 起到细化孔径的作用, 使混凝土更加密实。粉煤灰的颗粒越细, 微小玻璃球形颗粒越多, 比表面积也越大, 粉煤灰中的活性成分也就越容易和水泥中的Ca (OH) 2化合, 其活性就越高。化学方程式如下[2]:

由于粉煤灰的活性较弱, 需要一定的碱度才能激发其活性, 因此早期并未参与水泥的水化, 龄期大约7d左右, 才由于介质中Ca (OH) 2浓度加大和向孔隙的渗进能力增强, 能与粉煤灰颗粒开始频繁地接触和进行水化反应, 所生成的C-S-H凝胶类产物和水泥熟料水化生成物, 共同增进混凝土的强度[3]。28d龄期时, 粉煤灰的水化程度有限, 此时的粉煤灰混凝土仍未达到充分的成熟度, 其强度未充分发展起来, 而90~180d龄期的后期强度还可提高20%~30%。[4]

3.2 掺入粉煤灰可以提高混凝土抗冻性能

抗冻性是评价高寒地区混凝土结构强度性能的重要指标。混凝土遭受冻融侵蚀是一个较为复杂的物理劣化过程, 包含渗透扩散、冻融循环、开裂破坏等次生过程。由冻融侵蚀过程分析可知, 三个主要的次生过程——渗透扩散、冻融循环、开裂破坏, 均与混凝土孔结构密切相关。[5]因此内部孔结构是影响混凝土受冻破坏的关键因素。水在毛细孔中的结冰温度和毛细孔径有关, 毛细孔越细, 冰点下降越多。“这是因为粉煤灰活性掺合料颗粒很小, 很容易进入到水泥颗粒的孔隙中, 堵塞混凝土内部毛细孔和大孔, 并将大毛细孔分割成若干微细孔, 使毛细孔数量减少, 孔隙孔径变小, 水泥石中的孔体积含冰毛细孔扩散而引起的渗透压。”[6]采用粉煤灰部分置换水泥后, 一方面, 由于减少了水泥用量, 也减少了Ca (OH) 2的生成量, 由于粉煤灰的二次水化, 增加C-S-H和AFt, 减少了结晶Ca (OH) 2的数量和尺寸, 降低了混凝土与集料界面过渡层的孔隙率;另一方面, 粉煤灰的细微颗粒均匀分散到水泥浆体中时, 会成为大量水化物沉积的核心, 随着水化龄期的进展, 这些细微颗粒及其水化产物填充水泥石孔隙, 改善了混凝土的孔结构。

4 粉煤灰对混凝土强度影响的实验分析

在混凝土中加入煤粉灰掺合料, 一方面可以改善混凝土的各项性能 (强度性能最为突出) 外, 另一方面通过充分利用废物从而达到节约资源的目的, 最终实现混凝土行业的可持续发展。因此在混凝土中合理加入粉煤灰掺合料, 既可以降低成本, 又可以提高混凝土的强度。

4.1 试验方案设计

⑴水泥。水泥为拉萨水泥厂生产的425#普通硅酸盐水泥, 水泥的物理性能和化学成分符合现行国家标准的相关要求。

⑵粉煤灰。粉煤灰为拉萨电厂生产的粉煤灰, 检验结果表明, 拉萨电厂的粉煤灰的品质满足《用于水泥和混凝土中粉煤灰》 (GB1596-91) 粉煤灰的要求。

⑶骨料。试验所用的骨料均是从拉萨河采集的, 小石子的粒径为 (5~26) mm;大石子的粒径为 (27~49) mm, 砂子的细度模数为2.268。

在灰、砂、石、水 (其中灰的质量是水泥和粉煤灰质量之和) 配合比不变的前提下, 用不同比例的粉煤灰替代等质量水泥配制混凝土, 进行强度对比试验, 如表1所示。配合比设计思路是把粉煤灰作为混凝土的一种基本组成材料, 使用粉煤灰等量取代水泥法, 即粉煤灰取代相应的水泥。[7]根据粉煤灰取代水泥的百分量分为A、B、C、D、E六组, 粉煤灰掺量分别为为0、10%、20%、30%、40%。

4.3 实验结果分析

粉煤灰掺量对混凝土强度的影响曲线图如图6所示。

通过图6可以看出, 在青藏高原这种高寒地区环境下, 掺加粉煤灰的混凝土其强度高于不掺粉煤灰时的混凝土强度, 说明粉煤灰对改善混凝土的强度有明显的作用。7d时的混凝土强度低于28天时的混凝土强度, 即粉煤灰混凝土的早期强度较低, 但是随着龄期的增加, 粉煤灰混凝土的力学性能会逐渐提高并超过普通水泥混凝土。[8]粉煤灰掺量从10%~40%变化时, 混凝土强度具有随着粉煤灰掺量的增加而先升高后降低的趋势, 其中在20%时强度达到最大, 说明在混凝土配比重中粉煤灰的掺量达到20%时最为适宜。这说明在青藏高原这种高寒背景下, 通过试验验证了, 粉煤灰的加入一方面增加了混凝土的密实度, 另一方面提高了混凝土的抗冻性, 从而整体上提高了混凝土在高寒环境下的强度。实验和微观化学机理分析具有一致性。

掺入粉煤灰的混凝土强度之所以得到较大改善, 除了与粉煤灰的微型球形颗粒状态有关之外, 最主要的是与分粉煤灰的化学成分有关, 粉煤灰含大量Si O2、Al2O3等能反应产生凝胶的活性物质, 填充于水泥水化产物的孔隙中, 起到细化孔的作用, 使水泥石更加密实, 粉煤灰微小颗粒使得混凝土空隙变小, 降低冰点, 从而也可以提高混凝土的强度。

5 结论

⑴在高寒地区背景下, 混凝土中掺加粉煤灰可以实现废物利用节约成本的目的。煤灰是混凝土中最常用的较廉价的掺合料, 粉煤灰来源广泛、价格低廉, 是废物得到再一次利用的典型代表, 粉煤灰成为国际市场上引人注目的资源丰富、价格低廉, 兴利除害的新兴建材原料和化工产品的原料, 受到人们的青睐。粉煤灰使用的优点在混凝土中掺加粉煤灰节约了大量的水泥和细骨料, 减少了用水量。

⑵在高寒地区背景下, 混凝土中掺加粉煤灰可以实现提高混凝土强度的作用。通过粉煤灰混凝土的实验与微观机理分析, 我们可以推断出粉煤灰对改善混凝土的强度有明显的贡献。在混凝土中可以掺入20%的粉煤灰, 使混凝土更加紧密, 那么混凝土的强度更高;粉煤灰很容易进入到水泥颗粒的孔隙中, 堵塞混凝土内部毛细孔和大孔, 并将大毛细孔分割成若干微细孔, 使毛细孔数量减少, 孔隙孔径变小, 大大降低混凝土的冰点, 提高混凝土的强度。因此在混凝土中掺入适量的粉煤灰可以提高混凝土的强度, 从而改善拉萨市混凝土道路的麻面、露骨、接缝料损坏、裂缝破损状况。

参考文献

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[2]刘艳红, 何智海.浅谈粉煤灰对混凝土强度的影响[J].广东建材, 2008 (4) :36-38.

[3]姚燕, 王玲, 田培.高性能混凝土[M].北京:化学工业出版社, 2006:22-40.

[4]李清富, 孙振华, 张海洋.粉煤灰和硅粉对混凝土强度影响的试验研究[J].混凝土, 2011 (5) :77-79.

[5]袁晓露.粉煤灰混凝土的抗冻性能及机理分析[J].混凝土.2008 (12) :43-44.

[6]任建章.粉煤灰对混凝土抗冻性的影响[J].黑龙江交通科技, 2008 (10) :23-24.

[7]张旭贤, 牛新平, 黄磊.粉煤灰对混凝土和易性和强度的影响[J].安徽农业科学, 2011 (36) :33-34.