【摘要】：隨著對海洋環(huán)境資源認知的不斷完善,各國對遠洋島礁建設(shè)熱情高漲。在“一帶一路”戰(zhàn)略引導(dǎo)下,我國島礁資源的開發(fā)利用也正穩(wěn)步開展。而傳統(tǒng)的硅酸鹽水泥混凝土在原料、生產(chǎn)工藝和使用性能等方面受到海洋環(huán)境的制約,在大規(guī)模的島礁建設(shè)中開始出現(xiàn)高投入、低收益的尷尬局面。鎂質(zhì)堿式鹽水泥除了有著高強、早強和良好粘結(jié)性的膠凝材料特性外,還能夠適應(yīng)海水侵蝕環(huán)境。同時,以海洋化工產(chǎn)品為主要原料,實現(xiàn)就地取材。結(jié)合級配良好的珊瑚砂作骨料,以海水進行拌合,制成鎂質(zhì)堿式鹽水泥珊瑚混凝土,可以為島礁建設(shè)提供新思路。本文通過對不同配合比、不同養(yǎng)護溫度的鎂質(zhì)堿式鹽水泥凈漿和砂漿試件的抗壓試驗和抗折試驗,以抗壓強度、抗折強度、折壓比和軟化系數(shù)等指標對鎂質(zhì)堿式鹽水泥在配合比和養(yǎng)護溫度變化下的物理力學(xué)規(guī)律進行了研究,得出了對鎂質(zhì)堿式鹽水泥進行增強增韌的基本理論,并基于此給出了最佳的配合比和養(yǎng)護溫度范圍。通過微觀分析對水泥的宏觀力學(xué)性能進行解釋,是進行水泥增強增韌機理研究的有效手段。本文以掃描電子顯微鏡(SEM)對不同配合比、不同養(yǎng)護溫度的凈漿試件進行了微觀分析。通過對晶須數(shù)量、微觀形貌和排列規(guī)律等微觀指標的分析,確定了配合比和養(yǎng)護溫度對水泥微觀結(jié)構(gòu)的影響規(guī)律,完善了鎂質(zhì)堿式鹽水泥的增強增韌機理,并結(jié)合微觀指標確定最佳的鎂質(zhì)堿式鹽水泥生產(chǎn)配合比和養(yǎng)護溫度。耐水性差是限制鎂質(zhì)堿式鹽水泥大規(guī)模工程實踐的主要原因,本文以高效復(fù)合改性劑——Si_3(PO_4)_4對水泥進行改性規(guī)律研究。通過對改性后砂漿試件的抗折強度、抗壓強度、折壓比和軟化系數(shù)等指標的分析,得出了配合比和養(yǎng)護溫度對水泥改性的影響規(guī)律。為了驗證鎂質(zhì)堿式鹽水泥的工程實踐價值,本文對不同養(yǎng)護溫度下鎂質(zhì)堿式鹽水泥珊瑚混凝土進行了研究。在完成了配合比設(shè)計、生產(chǎn)工藝總結(jié)的工作后,本文基于對混凝土抗壓、抗折、劈裂抗拉等強度指標和折壓比韌性指標的分析結(jié)果,得出了對鎂質(zhì)堿式鹽水泥珊瑚混凝土進行增強增韌的基本思路。從骨料級配和骨料增強兩方面對混凝土強度進行改性,提出了從控制骨料最大粒徑和增強粗骨料性能方面對混凝土強度進行提升的建議。并以Si_3(PO_4)_4為改性劑,驗證了改性劑對混凝土耐水性提升的有效性。
【圖文】：

圖1-1 23℃下MgO-MgCl2-H2O 體系相圖[12]圖1-2 3相、5相和Mg(OH)2溶解平衡圖[13]硫氧鎂水泥在氯氧鎂水泥之后出現(xiàn)就已經(jīng)出現(xiàn)[16]，但是研究相對滯后。1957年，Demediuk 等[17, 18]對以 MgO 與過量 MgSO4溶液反應(yīng)的水泥水化產(chǎn)物為對象，發(fā)現(xiàn)了包括 5Mg(OH)2·MgSO4·3H2O（5·1·3 相）、3Mg(OH)2·MgSO4·8H2O（3·1·8相）、Mg(OH)2·2MgSO4·3H2O（1·2·3 相）和 Mg(OH)2·MgSO4·5H2O（1·1·5 相）等在內(nèi)四種堿式硫酸鎂水化產(chǎn)物，同時研究發(fā)現(xiàn)只有 3·1·8 相在 35℃時是穩(wěn)定相。1972 年，，Kahle 等[19]曾利用蒸汽養(yǎng)護獲得了 3·1·8 相和 5·1·3 相共存的水泥石。1980年，Urwongse 等[20]對 MgO-MgSO4-H2O 三元體系相圖進行研究，發(fā)現(xiàn)除了之前發(fā)現(xiàn)的較為穩(wěn)定的 3·1·8 相之外，也存在包括 MgSO4·nH2O（n=1, 6, 7）、MgO、和Mg(OH)2等在內(nèi)的穩(wěn)定相，甚至是亞穩(wěn)態(tài)的 1·1·5 相和 MgSO4·4H2O 也能夠存在，并根據(jù)自己的研究成果繪出了 MgO-MgSO4-H2O 三元體系的相圖，如圖 1-3 所示。硫氧鎂水泥水化產(chǎn)物，化學(xué)式 xMg(OH)2·yMgSO4·zH2O，稱堿式硫酸鎂晶須或硫氧鎂晶須。它宏觀上是白色絮狀物質(zhì)，微觀則成單晶纖維狀，具有很好的增強、增韌和阻燃等作用，亦是本課題進行增強增韌研究的重要前提。為了便于研究硫氧鎂水泥水化產(chǎn)物及其性質(zhì)，學(xué)者們通過實驗室直接合成硫氧鎂晶須的方法進行研究。1997 年，魏鐘晴等[21]以 MgO 或 Mg(OH)與 MgSO溶液反應(yīng)，在高溫高壓

圖1-1 23℃下MgO-MgCl2-H2O 體系相圖[12]圖1-2 3相、5相和Mg(OH)2溶解平衡圖[13]硫氧鎂水泥在氯氧鎂水泥之后出現(xiàn)就已經(jīng)出現(xiàn)[16]，但是研究相對滯后。1957年，Demediuk 等[17, 18]對以 MgO 與過量 MgSO4溶液反應(yīng)的水泥水化產(chǎn)物為對象，發(fā)現(xiàn)了包括 5Mg(OH)2·MgSO4·3H2O（5·1·3 相）、3Mg(OH)2·MgSO4·8H2O（3·1·8相）、Mg(OH)2·2MgSO4·3H2O（1·2·3 相）和 Mg(OH)2·MgSO4·5H2O（1·1·5 相）等在內(nèi)四種堿式硫酸鎂水化產(chǎn)物，同時研究發(fā)現(xiàn)只有 3·1·8 相在 35℃時是穩(wěn)定相。1972 年，Kahle 等[19]曾利用蒸汽養(yǎng)護獲得了 3·1·8 相和 5·1·3 相共存的水泥石。1980年，Urwongse 等[20]對 MgO-MgSO4-H2O 三元體系相圖進行研究，發(fā)現(xiàn)除了之前發(fā)現(xiàn)的較為穩(wěn)定的 3·1·8 相之外，也存在包括 MgSO4·nH2O（n=1, 6, 7）、MgO、和Mg(OH)2等在內(nèi)的穩(wěn)定相，甚至是亞穩(wěn)態(tài)的 1·1·5 相和 MgSO4·4H2O 也能夠存在，并根據(jù)自己的研究成果繪出了 MgO-MgSO4-H2O 三元體系的相圖，如圖 1-3 所示。硫氧鎂水泥水化產(chǎn)物，化學(xué)式 xMg(OH)2·yMgSO4·zH2O，稱堿式硫酸鎂晶須或硫氧鎂晶須。它宏觀上是白色絮狀物質(zhì)，微觀則成單晶纖維狀，具有很好的增強、增韌和阻燃等作用，亦是本課題進行增強增韌研究的重要前提。為了便于研究硫氧鎂水泥水化產(chǎn)物及其性質(zhì)，學(xué)者們通過實驗室直接合成硫氧鎂晶須的方法進行研究。1997 年，魏鐘晴等[21]以 MgO 或 Mg(OH)與 MgSO溶液反應(yīng)，在高溫高壓
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TU528

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本文編號：2611656