复掺偏高岭土、白云石粉对水泥抗硫酸盐性能的影响文献综述
2020-05-11 23:25:46
矿物掺合料已成为当今水泥基材料重要的组成部分近几十年来,水利、交通、工民建等发展迅速,我国逐渐面临粉煤灰短缺的问题, 特别是西南地区粉煤灰供应紧张, 其它地区也经常出现粉煤灰脱销的现象, 粉煤灰的长距离运输也大大提高混凝土的生产成本。而在欧洲、非洲、美洲地区也面临着粉煤灰供应量的限制的问题[2]。为了解决这些问题，国内外对石灰石十水泥进行了研究[3, 4]。由于石灰石粉具有良好的经济和生态效益及技术上的优势，其替代水泥的量不断增加[5]。
石灰石粉主要指石灰岩经机械加工后的颗粒小于0.16mm的微细粉体，是一种容易得到且廉价的材料。GB175- 95 《硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥》中允许加入一定量的石灰石粉作为非活性掺合材料。美国 ACI212.1R- 81 《 Admixtures for Concrete and Guide for Use of Admixtures in Concrete 》中指出，石灰石粉可以作为混凝土的矿物掺合料。目前，砂浆或混凝土中对石灰石粉的使用主要有两个途径: 一是将石灰石粉部分取代细骨料，二是将石灰石粉作为掺合料使用，而且针对前者做的研究较多。传统观念认为石灰石粉是一种惰性材料，只注重其填充效应，通常认为不具备水化活性。石灰石粉一方面延迟了钙矾石的生成,另一方面对钙矾石的存在起到了稳定作用。石灰石粉改变水泥水化历程，与纯水泥水化放热相比，石灰石粉的掺入致使第1放热峰明显增高和前移，使诱导期缩短，提前进入加速期。随着水化龄期增长，石灰石粉使水泥浆体孔结构由小孔向大孔转变,产生了孔粗化效应。
白云石是石灰石的伴生矿。我国白云岩矿产资源丰富，每年开采量巨大，超过千万吨，平均每吨矿石约产生石0.15~0.2吨的石屑。这些石屑强度低且含有大量石粉难以进行有效利原材料用，从而造成大面积的堆砌，不仅占用土地而且造成了环境的污染。目前对白云石岩屑的主要应用研究方向是将白云石碎屑用做细骨料配制混凝土。但用白云石做骨料时存在潜在的碱碳酸盐反应危害，即在水存在的环境下水泥中的碱与粗集料发生的反应，形成的混凝土体积膨胀甚至开裂。因此，白云石岩屑用作机制砂配制混凝土有争议和局限性。因此，将白云石屑磨细制成粉体，并将白云石岩屑与水淬矿渣共磨制备复合粉体，用其作为混凝土矿物掺合料，研究其活性、碱#8212;白云石活性及对混凝土力学性能及工作性的影响。
由于白云石骨料会与水泥中的组分发生所谓的去白云石化反应，破坏混泥土结构[6]，但也有学者认为去白云石化反应并不会导致破化[7]。而将白云石粉做掺合料应用于水泥基材料中并不是什么新概念，今年来国内外做了一些研究[8-10]。MaciejZajac等人[11]研究掺20%白云石粉在40℃及60℃温度下养护180天的水化及力学性能，结果表明在60℃条件下，相比于石灰石粉，白云石粉的强度要高于石灰石粉，而且两者改变水化产物，且有差异。偏高岭土是具有火山灰活性的硅铝质辅助胶凝材料，应用于水泥基材料中能很好的改善耐久性能[12, 13]。
硫酸盐侵蚀是混凝土化学侵蚀中最广泛和最普通的形式，一直是结构耐久性研究中的重要组成部分。硫酸盐侵蚀是涉及到物理及化学因素的复杂过程[14, 15]。硫酸盐侵蚀是硫酸根离子与水泥中的铝酸盐相反应生成膨胀性产物，破坏结构。在我国西部及东部沿海容易发生硫酸盐侵蚀。尽管到目前为止所提出的抗硫酸盐侵蚀试验方法有很多种，但每种方法都有一定的局限性，没有一种方法能快速而真实地揭示混凝土硫酸盐侵蚀的机理。因此，对抗硫酸盐侵蚀试验方法进行全面系统的研究就显得尤为重要。
硫酸盐侵蚀分为内部侵蚀和外部侵蚀。延迟钙矾石形成（DEF) [16,17]是内部硫酸盐侵蚀的一种，而这种硫酸盐的最初来源是由于混凝土的不适当的加热造成的（温度超过65℃）。当热处理过程中最高养护温度低于70℃时，混凝土不会有延迟钙矾石生成的反应发生。当养护温度超过80℃,且SO3充足(石膏掺量达到5%)时，延迟钙矾石生成会随着温度和石膏掺量的提高反应逐渐加剧，膨胀率持续增大，最高养护温度为90℃时，7%石膏掺量的混凝土试件135天膨胀率达到0.194%且伴随着吸水质量增加，抗压强度和动弹性模量下降等现象。对于砂浆试件，具有类似的膨胀结果。与7%石膏掺量混凝土试件相比，在SO2/Al2O3相同的情况下随着碱含量的提高，砂浆试件膨胀率会进一步增加，135天膨胀率达到0.316%。延迟钙矾石形成（DEF）是一种反应，影响胶凝材料造成膨胀裂纹。混凝土中的延迟钙矾石形成会致使建筑过早退化。由于这种膨胀现象的复杂性，它从来没有涉及整个结构。
参考文献
[1] 刘数华, 阎培渝. 石灰石粉在复合胶凝材料中的水化活性[J]. 水泥工程, 2008, (03): 5-7。
[2] Omar O M, AbdElhameed G D, Sherif M A, et al. Influence of limestone waste as partial replacement material for sand and marble powder in concrete properties[J]. Housing and Building National Research Center Journal, 2012, 8(3): 193-203.
[3] Lothenbach B, Le Saout G, Gallucci E, et al. Influence of limestone on the hydration of Portland cements[J]. Cement and Concrete Research, 2008, 38(6): 848-860.
