本發(fā)明涉及混凝土材料技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種抗二氧化硫腐蝕的混凝土。
背景技術(shù)：
粉煤灰、礦渣粉等工業(yè)廢棄物因技術(shù)、經(jīng)濟(jì)等原因長期廢棄而得不到利用，不僅造成資源的浪費(fèi)，而且會產(chǎn)生環(huán)境污染。2009年我國高爐礦渣的年產(chǎn)量達(dá)到2億噸，粉煤灰年產(chǎn)量達(dá)到4億噸，其他廢棄物缺乏確切統(tǒng)計(jì)，歷年積存的廢棄物更是數(shù)量龐大。如果能夠把工業(yè)廢棄物(礦渣、粉煤灰、鋼渣、磷渣、硅灰等)摻入混凝土中，激活工業(yè)廢棄物的火山灰效應(yīng)，充分利用其形態(tài)效應(yīng)和微集料效應(yīng)等，研制出能夠抵抗工業(yè)特殊環(huán)境的混凝土制品，將真正變廢為寶，對我國建筑業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。
混凝土結(jié)構(gòu)長期存在于酸性環(huán)境中，會受到酸性物質(zhì)的腐蝕，與混凝土中所含的堿性物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，使得原本呈堿性的混凝土堿度降低而趨于中性化，對混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性產(chǎn)生極大影響。提高混凝土耐久性的有效方法之一就是采用活性礦物摻合料取代部分水泥。在配制混凝土?xí)r，加入礦物摻合料不僅能節(jié)約水泥，降低混凝土的水化熱溫升，而且由于礦物摻合料的形態(tài)效應(yīng)、微集料效應(yīng)和火山灰效應(yīng)等，能夠改善混凝土的工作性能，優(yōu)化混凝土的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，增進(jìn)混凝土的后期強(qiáng)度，提高混凝土耐久性。
目前，酸性物質(zhì)腐蝕混凝土的研究基本集中在一般大氣環(huán)境和海洋環(huán)境下混凝土的腐蝕方面，而對較高二氧化硫濃度的工業(yè)環(huán)境中混凝土的腐蝕影響研究相對較少，因此開展混凝土在特殊環(huán)境下的二氧化硫腐蝕性能研究，尤其開展礦物摻合料混凝土在二氧化硫腐蝕環(huán)境中的抗硫化性能研究，不僅可以豐富耐久性領(lǐng)域的研究成果，為工業(yè)環(huán)境中混凝土壽命預(yù)測奠定基礎(chǔ)，而且還可以為實(shí)際工程中二氧化硫環(huán)境條件下材料選取提供科學(xué)指導(dǎo)，為此類環(huán)境中混凝土耐久性防腐工作提供依據(jù)，為國家有關(guān)部門制定相應(yīng)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)提供借鑒。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
有鑒于此，本發(fā)明提供一種抗二氧化硫腐蝕的混凝土。
本發(fā)明提供一種抗二氧化硫腐蝕的混凝土，其凝膠材料包括15wt％的粉煤灰，10～15wt％的礦渣粉和余量的水泥。
進(jìn)一步地，所述凝膠材料中礦渣粉的含量為10wt％或15wt％。
進(jìn)一步地，粉煤灰使用Ⅱ級粉煤灰或以上，性能達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)GBT-1596-2005《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》的規(guī)定；礦渣粉使用S75級礦渣粉，性能達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T18046-2000《用于水泥和混凝土中的?；郀t礦渣粉》的規(guī)定。
進(jìn)一步地，還包括細(xì)骨料和粗骨料。
進(jìn)一步地，所述細(xì)骨料的粒徑小于5mm，所述粗骨料的粒徑為5～25m。
本發(fā)明還提供一種提高混凝土抗二氧化硫腐蝕的方法，其在膠凝材料中使用粉煤灰和礦渣粉部分取代水泥；所粉煤灰的取代率為15wt％，所述礦渣粉的取代率為10～15wt％。
進(jìn)一步地，所述礦渣粉的取代率為10wt％或15wt％。
本發(fā)明提供一種抗二氧化硫腐蝕的混凝土，其是在膠凝材料中使用粉煤灰和礦渣粉部分取代水泥，同時合理的選擇礦渣粉在混凝土中的取代率，由此解決混凝土抗SO2腐蝕的問題，改善混凝土的耐久性能。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明公開了一種抗二氧化硫腐蝕的混凝土和提高混凝土抗二氧化硫腐蝕的方法。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以借鑒本文內(nèi)容，適當(dāng)改進(jìn)工藝參數(shù)實(shí)現(xiàn)。特別需要指出的是，所有類似的替換和改動對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是顯而易見的，它們都被視為包括在本發(fā)明。本發(fā)明的方法及應(yīng)用已經(jīng)通過較佳實(shí)施例進(jìn)行了描述，相關(guān)人員明顯能在不脫離本發(fā)明內(nèi)容、精神和范圍內(nèi)對本文所述的方法和應(yīng)用進(jìn)行改動或適當(dāng)變更與組合，來實(shí)現(xiàn)和應(yīng)用本發(fā)明技術(shù)。
本發(fā)明提供一種抗二氧化硫腐蝕的混凝土，其凝膠材料包括15wt％的粉煤灰，10～15wt％的礦渣粉和余量的水泥。
粉煤灰及磨細(xì)后的礦渣粉用作混凝土摻合料，都具有火山灰活性，摻入混凝土中可顯著改善混凝土的內(nèi)部孔隙結(jié)構(gòu)，提高其抗?jié)B性及對海水、酸及硫酸鹽等的抗化學(xué)侵蝕能力。同時，本發(fā)明合理的選擇礦物摻和料在混凝土中的取代率，設(shè)置粉煤灰的取代率為15wt％，礦渣粉的取代率為10～15wt％。
優(yōu)選的，所述凝膠材料中礦渣粉的含量為10wt％或15wt％。
作為本發(fā)明的由優(yōu)選方案，上述粉煤灰使用Ⅱ級粉煤灰或以上，性能達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)GBT-1596-2005《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》的規(guī)定；礦渣粉使用S75級礦渣粉，性能達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T18046-2000《用于水泥和混凝土中的?；郀t礦渣粉》的規(guī)定。
進(jìn)一步地，上述抗二氧化硫腐蝕的混凝土還包括細(xì)骨料和粗骨料。優(yōu)選的，所述細(xì)骨料的粒徑小于5mm，所述粗骨料的粒徑為5～25m。
本發(fā)明的抗二氧化硫腐蝕的混凝土是在膠凝材料中使用粉煤灰和礦渣粉部分取代水泥，同時合理的選擇礦渣粉在混凝土中的取代率，由此解決混凝土抗SO2腐蝕的問題，改善混凝土的耐久性能。
本發(fā)明還提供一種提高混凝土抗二氧化硫腐蝕的方法，其在膠凝材料中使用粉煤灰和礦渣粉部分取代水泥；所粉煤灰的取代率為15wt％，所述礦渣粉的取代率為10～15wt％。
優(yōu)選的，所述礦渣粉的取代率為10wt％或15wt％。
本發(fā)明提供的上述方法可用于解決混凝土抗SO2腐蝕的問題，改善混凝土的耐久性能。
下面結(jié)合實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明：
實(shí)施例
本發(fā)明實(shí)施例混凝土原料的選擇：
混凝水泥：混凝土采用普通硅酸鹽水泥PO.42.5，其物理性能見表1。
細(xì)骨料：中砂粒徑小于5mm，堆積密度、細(xì)度模數(shù)、含泥量、表觀密度、級配等各項(xiàng)性指標(biāo)合格。
普通粗骨料：碎石粒徑5～25mm，堆積密度、細(xì)度模數(shù)、含泥量、表觀密度、級配等各項(xiàng)性能指標(biāo)合格。
粉煤灰：采用Ⅱ級粉煤灰，其各項(xiàng)性能指標(biāo)如表2所示。
礦渣粉：采用S75礦渣粉，其各項(xiàng)性能指標(biāo)如表3所示。
表1水泥的物理性能指標(biāo)
表2粉煤灰的物理性能指標(biāo)
表3礦渣粉的物理性能指標(biāo)
混凝土試件制作
混凝土試件選用C40混凝土作為基準(zhǔn)組，水膠比統(tǒng)一采用0.4。為了防止混凝土外加劑以及各種礦物摻合料的影響，配制混凝土過程中僅選用砂、石、水泥和水，參照《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》(JGJ55-2011)、粉煤灰混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》(GB/T50146-2014)等規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的內(nèi)容，計(jì)算得出基準(zhǔn)配合比，經(jīng)實(shí)際試配并調(diào)整，最終得出不同摻量礦渣粉的混凝土配合比如表4所示。
表4不同摻量礦渣粉的混凝土配合比
對各組試件分別進(jìn)行不同齡期的強(qiáng)度及硫化深度測試，其測試結(jié)果如表5～表6。
表5雙摻不同摻量粉煤灰和礦渣粉的混凝土各硫化齡期強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果
注：↗表示遞增，表示先增后減，表示先增后減再增。
由表5可知，在各粉煤灰摻量條件下，摻入礦渣粉后在各個腐蝕齡期內(nèi)強(qiáng)度測試值都高于硫化前的強(qiáng)度值，雙摻粉煤灰和礦渣粉對混凝土硫化后的強(qiáng)度沒有不利影響，由強(qiáng)度變化趨勢可知，雙摻粉煤灰和礦渣粉的混凝土硫化后強(qiáng)度變化有三種情況，第一種是，當(dāng)雙摻總量較小時隨腐蝕齡期強(qiáng)度在逐漸遞增；第二種是隨著腐蝕齡期強(qiáng)度先增后減；第三種是當(dāng)雙摻總量較大時強(qiáng)度隨腐蝕齡期先增后減再增。由表1可知，當(dāng)粉煤灰摻合量為30％，礦渣粉摻量為30％，硫化12天后強(qiáng)度提升最大為25.24％。
由F20S15～F30S25試驗(yàn)組強(qiáng)度測試結(jié)果可知，硫化過程中強(qiáng)度變化表現(xiàn)為先增后減，在硫化后期強(qiáng)度開始出現(xiàn)下降趨勢，且摻量越大，后期下降幅度越大。由F30S25和F30S30試驗(yàn)組可知，當(dāng)粉煤灰摻量為30％，礦渣粉摻量為25％或30％時，硫化深度表現(xiàn)出先增后減再增的漸進(jìn)式腐蝕過程，由于硫化后期當(dāng)硫化產(chǎn)物堆積產(chǎn)生膨脹破壞，裂紋增多，二氧化硫擴(kuò)散途徑增多，硫化反應(yīng)速度有增大趨勢，故強(qiáng)度變化率表現(xiàn)出先增后減再增大的變化規(guī)律。
表6雙摻不同摻量粉煤灰和礦渣粉的混凝土各硫化齡期硫化深度
由上表可知，粉煤灰和礦渣粉雙摻條件下，硫化深度隨硫化齡期的增大而增大，同時增大趨勢越來越緩慢，在硫化初期由于二氧化硫在混凝土表面孔隙內(nèi)快速擴(kuò)散，硫化深度增大較快，隨著產(chǎn)物的積累孔隙得到密實(shí)，硫化反應(yīng)越來越困難，深度增加緩慢。部分總摻量較大的試驗(yàn)組，在硫化9天后又表現(xiàn)出快速增長的變化趨勢。由表6可知，5％粉煤灰摻量條件下，各齡期硫化深度隨著礦渣粉的摻量增加呈先減后增的變化趨勢，結(jié)合表6第5欄可知，當(dāng)?shù)V渣粉摻量為25％、30％時各時期硫化深度均超過對照組F5，當(dāng)?shù)V渣粉摻量為10％，其對應(yīng)試驗(yàn)組F5S10表現(xiàn)出較好的抗硫化性能，各時期硫化深度均位于對照組F5下方，硫化12天后硫化深度為1.93mm，當(dāng)?shù)V渣粉摻量為30％時，對應(yīng)試驗(yàn)組F5S30硫化深度達(dá)到2.92mm，已超過對照組F5的硫化深度，不利于抗硫化性能的提高；由表6第2欄可知，在粉煤灰摻量為10％條件下，各硫化曲線相對比較集中，由此可知，當(dāng)粉煤灰摻量為10％，礦渣粉摻量小于30％時，對混凝土的抗硫化作用影響不大。
由表6可知，當(dāng)粉煤灰摻量為15％時，硫化深度隨礦渣粉的增加呈先減后增的變化規(guī)律，結(jié)合由表6第3欄可知，硫化深度曲線均分布在對照組F15下方且分布較分散，說明在粉煤灰摻量為15％時，礦渣粉的摻入對混凝土的抗硫化性能影響較大，在整個硫化周期中，摻10％和15％礦渣粉的試驗(yàn)組表現(xiàn)出優(yōu)異的抗硫化性能，硫化深度分別為1.46mm和1.57mm，硫化深度在整個硫化過程中增長速度較慢。由表6第4欄可知，當(dāng)粉煤灰摻量為20％時，摻入礦渣粉的試驗(yàn)組硫化深度均小于對照組F20，表明當(dāng)粉煤灰為20％時，礦渣粉的摻入能夠改善混凝土的抗硫化性能。由由表6第5和6欄可知，當(dāng)粉煤灰25％和30％，硫化深度隨著礦渣粉的增加而增加，相比之前低粉煤灰摻量的試驗(yàn)組硫化深度大幅的升高，由表6中試驗(yàn)組F30S15、F30S20、F30S25和F30S30硫化深度可以看出，當(dāng)?shù)V物摻合料摻量超過45％時，硫化深度已經(jīng)高于單摻對照組F30，礦渣粉的加入并未起到改善作用，相反對混凝土的抗硫化能力有較大削弱。
由表6可以看出，當(dāng)粉煤灰摻量為15％，礦渣粉摻量為10％時，硫化12天后的硫化深度僅為1.46mm，表現(xiàn)出相對較好的抗硫化性能，為較合理的雙摻摻量。
通過對各組試件的質(zhì)量、強(qiáng)度及硫化深度的測試結(jié)果進(jìn)行對比分析，得出對混凝土抗二氧化硫腐蝕的最優(yōu)礦渣粉摻量為15％。
綜上所述，本發(fā)明公布了一種提高混凝土抗二氧化硫腐蝕的方法可用于解決混凝土抗SO2腐蝕的問題，改善混凝土的耐久性能。
以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。