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1、武汉理工大学毕业设计（论文）低碳水泥混凝土的耐久性研究学院（系）： 材料学院 专业班级： 材科0801班 学生姓名： 指导教师： 学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包括任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名： 年 月 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保障、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关学位论文管理部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权省级优秀学士论文评选机构将本学位论文的全部或部
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3、.5 减水剂112.6 粗集料122.7 细集料122.8 水123 试验方法和仪器133.1 抗碳化性能的研究133.1.1 目的及适用范围133.1.2仪器设备133.1.3实验步骤133.2混凝土抗氯离子渗透性实验143.2.1 目的及适用范围143.2.2 基本原理143.2.3 仪器设备143.2.4 实验步骤143.3 混凝土在模拟自然条件下的干湿循环实验153.3.1 目的及适用范围153.3.2 仪器设备153.3.3 实验步骤154 实验具体进程与结果分析164.1 磷石膏基水泥的配制164.2 C30泵送混凝土的制备164.2.1 实验所需原料164.2.2 C30混凝土的
4、配比164.3 耐久性混凝土配合比184.4 实验中混凝土的XRD和SEM分析194.5 混凝土干湿循环实验224.6 混凝土的抗碳化实验234.7 混凝土的抗氯离子渗透实验255 结论和展望275.1 结论275.2 展望27参考文献28致 谢30摘 要由于当前国家提出了节能、减排、降耗的经济发展方向，所以目前低碳水泥体系被广为研究。在建材行业，耐久性作为高性能混凝土的首要内涵已经获得众多学者的广泛认可。混凝土材料的耐久性也是绿色建筑的重要内涵之一。在低碳经济发展模式的要求下, ，混凝土的耐久性对于积极推进绿色建材和绿色建筑理念的贯彻和实施, ，促进经济社会的可持续发展, ，具有更重要的战略
5、意义。摘要要言简意赅，前面一段有点泛本文主要研究以由磷石膏为原料，通过与矿渣、钢渣等工业废渣与少量的硅酸盐水泥熟料复合，制备具有较高强度的水硬性胶凝材料磷石膏基水泥为原料，制成混凝土，并重点研究了混凝土的耐久性。研究结果表明了：水灰比为0.3的混凝土在模拟自然环境下的干湿循环实验中所测强度数据与在标准养护室中养护28d的混凝土强度仅有很小差别，所以水灰比为0.3的磷石膏基混凝土在某些条件下具有一定的适用性。磷石膏基混凝土的氯离子渗透性很低，抗氯离子渗透能力很强，可用于含有氯离子较多的海水等条件下。其抗碳化能力稍差，在二氧化碳浓度较高的场合，应该重点改善该水泥的抗碳化性能。 关键词：磷石膏；耐久
6、性；水硬性胶凝材料AbstractBecause the country puts forward the energy saving, consumption reduction, the direction of economic development, so for now, low carbon cement system is widely research.In the building materials industry, the durability of the high performance concrete as the primary connotation ha
7、s won wide recognition of many scholars. Durability of concrete material is also one of the important connotation of green buildings. In a low carbon economy development mode, at the request of the durability of the concrete to actively promote green building materials and the implementation of the
8、concept of green building and implement, to promote sustainable economic and social development, have a more important strategic significance.This paper mainly studies by the phosphorous gesso as raw material, through the slag, steel slag and other industrial wastes and a small amount of silicate ce
9、mentclinker compound, the preparation of the strength of high water rigid gelled material-phosphorous gesso base cement as raw materials, to make concrete, and then we study the durability of concrete.The results of the study show that: water cement ratio 0.3 of the concrete in the simulation of the
10、 natural environment of dry wet cyclic experiment measured data and strength of the standard and curing room in maintenance and strength of concrete d only a very small difference, so water cement ratio 0.3 phosphorus gypsum based concrete in some conditions have certain applicability. Phosphor gess
11、o base of concrete chloride ion resistance is very low, anti-chloride ion penetration ability is strong, can be used for containing chlorine ion more water conditions, etc. Its carbonation ability is a bit poor, carbon dioxide concentration in high places, should focus on improving the concrete carb
12、onation resistance.Keywords: phosphor gesso; Durability; Water rigid gelled material1 绪论自2009年哥本哈根联合国气候变化会议召开以来，“低碳经济”一词更是被提上日程，“低碳”的环保意义是人尽皆知，然而作为工程建设中不可或缺的建筑材料预拌混凝土，“低碳水泥”的出现将对其未来的发展之路可谓是“一片春天”，因为将来“低碳水泥”所生产出的“低碳混凝土”给企业以及社会所带来的效益将是无法估计的。众所周知，所谓“低碳”最通俗的解释就是减少二氧化碳的排放量，而在世界上除了煤电和钢铁行业之外，生产、使用过程中二氧化碳排放
13、量最大的就属水泥行业。又据资料显示，我国不但是世界水泥生产大国，仅去年一年的水泥生产量就达到了14亿吨，而且还是世界工程开工量最多的国家，且两者皆居世界首位。未来水泥工业必须严格限制硅酸盐水泥熟料的掺量，所以一种新型的低碳胶凝材料的开发很重要。全世界范围内，仅有15%的磷石膏得到了循环利用，用于建筑材料、农业土壤改良、水泥生产的缓凝剂等领域，剩余的85%作为固体废弃物堆放处理。未经处理的磷石膏堆放不但占用了大量土地，而且对周边的生态环境如地下水、大气、土壤等造成严重污染。本文主要研究以由磷石膏为原料，通过与矿渣、钢渣等工业废渣与少量的硅酸盐水泥熟料复合，制备具有较高强度的水硬性胶凝材料磷石膏基
14、水泥，并以其原料制成混凝土，重点研究了混凝土的耐久性。1.1研究背景和意义当今社会，我国经济快速增长，各项建设取得巨大成就，但也付出了巨大的资源和环境被破坏的代价，这两者之间的矛盾日趋尖锐，群众对环境污染问题反应强烈。这种状况与经济结构不合理、增长方式粗放直接相关。不加快调整经济结构、转变增长方式，资源支撑不住，环境容纳不下，社会承受不起，经济发展难以为继。只有坚持节约发展、清洁发展、安全发展，才能实现经济又好又快发展。同时，温室气体排放引起全球气候变暖，备受国际社会广泛关注。进一步加强节能减排工作，也是应对全球气候变化的迫切需要。磷石膏是磷化工企业湿法生产磷酸的工业副产品。湿法生产磷酸过程中
15、，磷矿石与硫酸按式1-1进行反应，生成磷酸与磷石膏，每生产1吨磷酸，将生成约5吨磷石膏1。(1-1)2随着我国农业的快速发展和磷肥需求量持续增加，磷化工业也得到快速发展，磷肥产量由1980年至2006年几乎增加了5倍，年产量按100%P2O5计已经达到了1100万吨，占世界产量的一半以上。如果按80%磷肥为湿法生产，每吨磷酸生成4.5-5吨磷石膏计算，我国2006年磷石膏年生成量已超过3500万吨。据磷肥工业协会估计，到2010年我国将副产5000万吨磷石膏，磷石膏的累积量将超过2亿吨3。而与发达国家相比，我国的磷石膏资源化利用率仅为8%左右，与世界平均水平尚有很大差距，因此加快磷石膏的资源化
16、利用的研究已刻不容缓。1.2国内外研究现状磷石膏的排放和堆积，不但占用大量土地，而且造成了严重的环境污染和社会问题。因此磷石膏的资源化利用，一直是国内外学者的研究热点，磷石膏在建筑材料中资源化利用的研究，主要集中在以下几个方面:1.2.1 磷石膏作水泥缓凝剂磷石膏中含有超过95%的CaSO4H2O，可替代天然石膏作缓凝剂用于生产水泥，但石膏中的可溶性磷、有机物等杂质将造成水泥的凝结时间延长和强度降低，国内外许多学者进行了磷石膏的改性了研究。吴道丽4通过实验对比了陆良的原状磷石膏、水洗处理磷石膏、中和处理磷石膏和中和煅烧处理磷石膏对水泥性能的影响，结果表明，未经处理的原状磷石膏直接作水泥缓凝剂使
17、用，对强度影响不大，但使水泥的凝结时间大幅度延长；水洗处理和中和处理磷石膏并不能完全解决凝结时间长的问题，并且使水泥的3天强度有所降低；中和后经800C煅烧处理的磷石膏克服了磷石膏作缓凝剂早期强度低的问题，是性能优于天然石膏的缓凝剂。吕洁5将磷石膏通过粉煤灰或矿渣、石灰、明矾石改性后，替代天然石膏，凝结时间比天然石膏略有延长，但7d和28d强度比天然石膏有所提高。石灰的中和改性虽然能消除可溶性磷对凝结时间的影响，但并不能有效去除磷石膏晶格中吸附的磷，使水泥的凝结时间延长，磷石膏中所含少量有机质成分，也是凝结时间延长的原因。1.2.2 磷石膏制硫酸联产水泥采用磷石膏制硫酸并联产水泥的设想早在19
18、67-1969年由英国、奥地利等国首先提出，并在1969年奥地利林茨公司的OSW-KRUP工厂建成投产（硫酸、水泥各240t/d）。1972年南非利用该工艺也投产了350t/d的生产线。磷石膏经干燥脱水、按所需的CaO、SiO2、Al2O3，和Fe2O3的比例与焦炭、粘土、砂子等配料，在中空回转窑内煅烧形成水泥熟料，窑气中的SO2经转化、吸收后制得硫酸。该工艺的关键是保证水泥窑正常煅烧以获得高浓度的SO2窑气及优质的水泥熟料。我国早在50年代就开始了磷石膏制硫酸联产水泥的研究，80年代末获得工业上的重大突破，目前，我国在鲁北企业集团公司、鲁西化工集团阳谷化工厂、遵化市化肥厂、什邡化肥总厂、银山
19、化工（集团）股份有限公司、沈阳化肥总厂、青岛东方化工集团股份有限公司等厂建成了7套磷石膏制硫酸40kt/a联产水泥60kt/a装置，简称“四六”工程6。磷石膏制硫酸联产水泥，不仅可以节约磷石膏堆场，减少环境污染，而且可以充分利用硫、钙资源，硫酸可以循环使用（占生产磷酸的萃取用硫酸80%），同时又可获得良好的建筑材料7。经过近20年的生产实践证明，该工艺过程在技术上是可行的。但由于投资高(大部分“四六”工程的总投资为1亿元左右，建设期约2年，试生产期约1年)，生产能耗高，CaSO4分解不完全、转化率低，水泥熟料的热耗高达8380kJ/kg熟料，远高于一般不带余热发电的新型干法窑熟料生产热耗335
20、0kJ/kg。而且磷石膏联产水泥的早期强度普遍较低，达不到42.5普通硅酸盐水泥的强度等级等问题，目前大部分联产装置已经停产。张茜等8提出用氢气、一氧化碳或甲烷替代焦炭处理磷石膏的工艺构想，并采用热力学软件对这4个过程的能耗进行了计算与分析，结果表明，新的磷石膏处理工艺过程能耗比传统的磷石膏制酸联产水泥过程降低30%左右。但要在工业上实现，还有待进一步的研究。李建锡等9采用热分析的方法对磷石膏在不同掺碳量、不同气氛条件下的热反应过程进行了研究，针对近年来提出的利用水泥新型干法技术实现磷石膏预分解制硫酸联产水泥的设想，研究了磷石膏的热分解过程对预热器分解炉的适应性。结果表明，在碳与磷石膏的混合体
21、系中，碳仅能在一定程度上促进磷石膏分解，其完全分解温度接近1300C，而在较强的还原气氛中，磷石膏+碳系统生成硫化钙，在约1260C时才完全分解。因此新型干法水泥窑分解磷石膏制硫酸联产水泥新工艺，在实际过程中将受限于硫酸盐及硫化钙等硫化物熔点较低，而硫酸钙分解温度较高这对矛盾而不宜直接采用。1.2.3 磷石膏制备胶凝材料磷石膏在高温下煅烧后，脱去所有结晶水后可得到无水石膏，再通过添加各种硫酸盐做促凝剂，可制备出无水石膏水泥，具有较好的耐水性。磷石膏经处理后与水泥、石灰、粉煤灰等材料复合，可制备具有较高强度的胶凝材料，并显著提高材料的耐水性。这些材料能耗低、可大量利用各种工业废渣，符合国家可持续
22、发展战略，是磷石膏综合利用的一个新的发展方向，也是近年来磷石膏资源化利用的一个研究重点。彭家惠等10通过对磷石膏预处理清除杂质影响，制备-半水石膏，以此为基材，通过添加柠檬酸和无机盐复合缓凝剂、矿粉P和CMC复合保水剂和改性木薯淀粉胶配制出附加值较高的磷石膏基建筑腻子，具有施工性能好、硬化快、施工周期短、粘结强度高、表面细腻的特点。彭志辉等11用未处理的磷石膏通过加入粉煤灰、早强剂、减水剂制备二水磷石膏复合胶结材，按照JC/T517-93粉刷石膏测定胶结材的物理性能，在85C恒温7h湿热养护，1d和28d强度（抗折/抗压）分别为4.5、19.8和5.7/25.6，软化系数为0.81。水化后生成
23、的部分水硬性水化产物AFt和C-S-H，提高了材料的耐水性。周万良等12通过正交试验，研究了粉煤灰-氟石膏-水泥复合胶凝材料（FFC）和粉煤灰-磷石膏-水泥符合胶凝材料（FPC）的强度与配比之间的关系，结果表明，胶凝材料强度随水泥和粉煤灰用量的增加而增加，胶凝材料具有很好的体积安定性，养护到240d强度仍能增长，相同配比的条件下FPC的强度较FFC低。1.2.4 存在的问题尽管前面所述的磷石膏的利用途径很多，但受多方面因素的影响，目前国内每年超过90%的工业副产磷石膏仍未得到利用，大量磷石膏仍采用建坝堆存或者陆地堆存的办法。目前关于大量磷石膏与矿渣、少量碱性激发剂复合为胶凝材料的相关报道很少，
24、以其为原料制成的混凝土的报道就更少了，但是在建材行业，耐久性作为高性能混凝土的首要内涵已经获得众多学者的广泛认可。1.3 基本内容和技术方案本文主要研究以由磷石膏为原料，通过与矿渣、钢渣等工业废渣与少量的硅酸盐水泥熟料复合，制备具有较高强度的水硬性胶凝材料磷石膏基水泥为原料，制成混凝土，并重点研究混凝土的耐久性。1.3.1 基本内容本文研究磷石膏基水泥混凝土的耐久性主要分为三个方面：1.混凝土的抗碳化性能：碳化作用对混凝土的负面影响主要有两方面，一是碳化作用使混凝土的收缩增大，导致混凝土表面产生拉应力，从而降低混凝土的抗拉强度和抗折强度，严重时直接导致混凝土开裂。二是碳化作用使混凝土的碱度降低
25、，失去混凝土强碱环境对钢筋的保护作用，导致钢筋锈蚀膨胀，严重时，使混凝土保护层沿钢筋纵向开裂，直至剥落，进一步加速碳化和腐蚀，严重影响钢筋混凝土结构的力学性能和耐久性能13。2.混凝土的抗氯离子渗透性：混凝上耐久性的很多方面都取决于其抗渗性能，而氯离子是极强的阳极氧化剂，它进入混凝土到达钢筋表面后吸附于钝化膜某处，当钢筋表面氯离子达到一定浓度后，可使该处pH值迅速降低，破坏钢筋表面的钝化膜。另外，氯离子直径很小，易于浸入混凝土孔隙中，且扩散能力强。因此，氯离子渗透性是反映混凝土渗透性的关键指标之一14。3. 模拟自然条件下的干湿循环:干湿循环是影响混凝土耐久性的重要因素之一，也是影响因素最复杂
26、、危害性最大的侵蚀形式。雨水等通过渗入混凝土内部会与水泥的水化产物发生化学反应，引起膨胀、开裂、脱落等现象，使混凝土丧失胶结性能和强度，严重影响混凝土耐久性及结构的使用寿命。本节研究了磷石膏基混凝土在模拟自然条件下的性能。 1.3.2 技术方案1.抗碳化性能研究：本文主要讨论试件在碳化箱内一段时间后的抗压强度和破坏碳化深度。试件为100mm100mm100mm的块状结构，成型后放于试验箱内，保持温度205，相对湿度为 705%，CO2浓度203%。分别测量3d、7d、28d试件的抗压强度和破坏测试碳化深度。 2.抗氯离子渗透性研究：本文采用快速氯离子渗透试验，来评价磷石膏基混凝土的抗渗性能，该
27、方法基于混凝土内部氯离子的非稳态电迁移，用测得的氯离子渗透深度来计算氯离子扩散系数。试件为100mmx50mm的圆柱体，成型后标准养护ld脱模，然后成型后的带模试件宜用湿布或塑料薄膜覆盖，以防止水分蒸发，并在205的室内静置24h48h，然后拆模并编号。拆模后的试件应立即放入标准养护室中养护28d。试验前将试件切成50后的圆饼状，用透明胶密封试件四周，然后置于盛有蒸馏水的机器中抽真空18h，将试件取出后放入氯源溶液中(含5%NaCl的0.2mol/LNaOH溶液)的塑料支撑架上，试件两端施加3040V的直流电压直至规定的时间。3.混凝土在模拟自然环境下的干湿循环实验：按照“混凝土拌和物室内拌和
28、方法”及“混凝土试件的成型与养护方法”的有关规定制作试件。到达试验龄期时，从养护室中取出试件，白天将混凝土试块放在阳光下晒，晚上将混凝土试块放在盛有水的箱中，作为一次干湿循环，如此反复10次为止。将干湿循环后的试件擦拭干净，测量尺寸，并检查其外观，当试件有严重缺陷时，应废弃。试件尺寸测量精确至1，并由此计算试件的承压面积。将试块放在压力机上测试28d抗压强度，与没有进行干湿循环的试块进行对比。2 实验所用原材料及性质实验所用原材料包括磷石膏、矿渣粉、钢渣粉、水泥熟料、聚羧酸母液、粗集料、细集料、水。2.1 磷石膏磷石膏取自湖北省黄麦岭磷化工集团，原状磷石膏为含水为12%-15%的粉状固体，外观
29、为浅灰色或深灰色。磷石膏的化学成分见表2-1。表2-1 磷石膏的化学成分 (mass%)LossSiO2Al2O3Fe2O3CaOMgOSO3P2O5F-合计磷石膏11.913.211.090.3134.520.0647.301.100.2099.70将原状磷石膏与蒸馏水按水固比1:10，混合后充分搅拌，静置30min后抽滤，用精密pH计测定滤液的pH值为2.7。原状磷石膏在60C的烘箱内烘干后备用，比重瓶法测定其密度为2350kg/m3，比表面积为81m2/kg。磷石膏的XRD测定图谱见图2-1。由XRD分析结果可见，该磷石膏中的主要结晶相是二水石膏，含其他杂质含量很少。图2-1 磷石膏的X
30、RD图谱磷石膏的SEM照片如图2-2所示，由图可以看出，磷石膏中的二水石膏结晶晶完整，晶粒尺寸大约在20-50m之间。图2-2 磷石膏的SEM2.2 矿渣粉矿渣粉取自华新武汉水泥有限公司，由武汉钢铁有限公司粒化高炉矿渣粉磨而成的浅灰色粉状固体，勃氏比表面积为399.6m2/Kg。矿渣粉的化学成分见表2-2。表2-2 矿渣粉的化学成分 (mass%)LossSiO2Al2O3Fe2O3CaOMgO合计矿渣粉0.1733.9717.032.1336.098.1797.39矿渣粉的XRD图谱见图2-3，由图可见，该矿渣粉中主要为玻璃体。图2-3 矿渣粉的XRD图谱2.3 钢渣粉钢渣取自华新武汉水泥有
31、限公司，经选铁工艺处理后，已破碎为粒径小于5mm的黑色细碎颗粒状固体，密度为3280kg/m3，含2%-3%水分。在120C烘箱内烘干后，用500mm500mm实验小磨粉磨至所需要的比表面积后备用。钢渣的化学成分见表2-3。表2-3 钢渣的化学成分LossSiO2Al2O3Fe2O3CaOMgOSO3合计钢渣6.0516.637.0018.9038.509.426.0596.5钢渣的XRD图谱如图2-4。由图可见，钢渣中的主要矿物硅酸三钙(C3S)、硅酸二钙(C2S)、方解石(CaCO3)、铁酸钙(CF2)等1516，以及自堆放过程中在自然气候环境作用下，游离钙和硅酸盐矿物水化所形成的Ca(O
32、H)217。图2-4 钢渣的XRD图谱2.4 水泥熟料采用华新水泥（咸宁）有限公司生产的硅酸盐水泥熟料，用500mm500mm标准磨粉磨至勃氏比表面积为405m2/kg，物理力学性能见表2-4。表2-4 熟料的物理力学性能标准稠度%初凝h:min终凝h:min安定性3d(MPa)7d(MPa)28d(MPa)抗折抗压抗折抗压抗折抗压26.72:062:42合格6.637.47.348.310.564.32.5 减水剂聚羧酸母液。2.6 粗集料520mm碎石，它的颗粒级配表2-5。表2-5 碎石颗粒级配筛孔尺寸（mm）26.519.016.09.54.752.36累计筛余（）03.427.168
33、.392.398.82.7 细集料经检验该砂的细度模数为2.5，属于中砂，颗粒级配结果见表2-6。表2-6 砂颗粒级配筛孔尺寸（mm）9.54.752.361.180.60.30.15细度模数累计筛余（）04.011.421.442.491.098.02.52.8 水实验中用水为自来水。3 试验方法和仪器实验中包括混凝土抗碳化性能的研究、混凝土模拟自然条件下的干湿循环实验以及混凝土抗氯离子渗透性能的研究。 3.1 抗碳化性能的研究3.1.1 目的及适用范围测定在一定浓度的二氧化碳气体介质中混凝土试件的碳化深度，以评定该混凝土的抗碳化能力。3.1.2仪器设备1碳化箱：带有密封盖或门的密闭容器，容
34、器的容积至少应为试件体积的两倍。箱内应有架空试件的搁架，二氧化碳引入口，分析取样用的气体引入口，箱内气体对流循环装置，湿温度测量以及为保持箱内恒温所需的措施。2气体分析仪：能分析箱内气体中二氧化碳的浓度，精确到1%。3二氧化碳供气装置：包括气瓶、压力表及流量计。4 1%酚酞乙醇溶液（含20%的蒸馏水）、钢尺、喷雾器等。3.1.3实验步骤1 碳化实验应采用棱柱体混凝土试件，以两块为一组，棱柱体的高宽比应不小于3。碳化实验的试件宜采用标准养护。一般应在28d龄期进行碳化，但试件应在实验前2d从标准养护室内取出，然后在602温度下烘48h。经烘干处理后的试件，除留下相对的两个侧面外，其余表面应用熔化
35、的石蜡加以密封。在侧面上顺长度方向用铅笔以10mm间距画出平行线，以预定碳化深度的测量点。2 将经过处理的试件放入碳化箱内的搁架上，各试件经受碳化的表面之间的间距应大于50。3 将碳化箱关闭密封，使箱内的二氧化碳的浓度保持在20%3%。4 碳化至3d、7d、14d、28d时，各取出试件，破型以测定其碳化深度。将棱柱体试件在压力试验机上用劈裂法从一端开始破型。每次切除的厚度约为试件宽度的一半，用石蜡将破型后试件的端面封好，再放入箱内继续碳化，直到下一个试验期。5 将切下的那部分试件刷去断面上的粉末，随即喷上（或滴上）1%酚酞乙醇溶液。经30s后，按原先标划的每10一个测量点用钢尺分别测出两侧面各
36、点的碳化深度。如果测点处的碳化分界线上刚好嵌有粗骨料颗粒，则可取该颗粒两侧处碳化深度的平均值作为该点的深度值。碳化深度测量精确至1。3.2混凝土抗氯离子渗透性实验3.2.1 目的及适用范围测定混凝土的相对氯离子扩散系数，以比较混凝土的抗氯离子渗透性能，适用于检验水灰比小于0.6的混凝土。3.2.2 基本原理氯离子在直流电压的作用下，能透过混凝土试件向正极方向移动。测量流过混凝土的电荷量，就能反映出透过混凝土的氯离子量。混凝土是离子电导，其电导与电流成正比。因此，测量混凝土试件的电导，与测电荷量一样，也能评定混凝土抗氯离子渗透的性能18。3.2.3 仪器设备1 频率为1000Hz的交流电桥。2
37、塑料实验槽两只，外型尺寸15215250，内开深35、直径80的凹槽。3 铜网：80圆形铜筛布。4 氯化钠、氢氧化钠和氢氧化钙（化学纯）。5 铜丝刷、由塑料管和钢板制成的60100三联试模。3.2.4 实验步骤1 浇制圆柱形型混凝土试件。磷石膏基混凝土和普通硅酸盐混凝土各两个，试件成型后，在室温为20士5条件下养护24h后拆模。试件再在20士3标准养护室中养护28d19。2 配制3%NaCl和0.3molL（1.2%）NaOH溶液，分别装瓶加盖后放在20士3条件下备用。3 实验在室温20士5条件下进行。试件从氢氧化钙溶液中取出。没取出一试件，同时测量并记录氢氧化钙溶液的温度。用湿布擦去表面浮水
38、。试件圆侧面和磨面、底面的边缘（约10宽）用乳胶套封闭后，装入实验塑料槽。用螺杆把两试验槽和试件加紧。在试件两边试验槽内，分别注入3%NaCl和0.3molL NaOH溶液（试件磨面接触NaOH溶液）。经2分钟后，用频率为1000Hz的交流电桥测量试件电阻，并由此算出电导（电阻倒数）。混凝土电导值计算至0.0110-4S（西门子，电导单位）20。3.3 混凝土在模拟自然条件下的干湿循环实验3.3.1 目的及适用范围测定混凝土在模拟自然条件下的抗压强度。3.3.2 仪器设备1 压力机或万能试验机：试件的预计破坏载荷宜在试验机全量程的20%80%。试验机应定期（一年）校正，示值误差不应大于标准值的
39、2%；2 试模：试模规格为100100100。3.3.3 实验步骤1 按照“混凝土拌和物室内拌和方法”及“混凝土试件的成型与养护方法”的有关规定制作试件。2 到达试验龄期时，从养护室中取出试件，白天将混凝土试块放在阳光下晒，晚上将混凝土试块放在盛有水的箱中，作为一次干湿循环，如此反复10次为止。3 将干湿循环后的试件擦拭干净，测量尺寸，并检查其外观，当试件有严重缺陷时，应废弃。试件尺寸测量精确至1，并由此计算试件的承压面积。4 将试件放在试验机下压板正中间，上下压板与试件之间宜垫以垫板，试件的承压面应与成型时的顶面相垂直。开动试验机，当上垫板与上压板即将接触时如有明显偏斜，应调整球座，使试件受
40、压均匀。5 以0.3MPas0.5MPas的速度连续而均匀的加载，当试件接近破坏而开始迅速变形时，停止调整油门，直至试件破坏，记录破坏荷载。4 实验具体进程与结果分析4.1 磷石膏基水泥的配制1 矿渣粉的制备：首先将一定量的矿渣放入实验室烘箱中烘干，然后一次取5kg放到实验室磨机中粉磨90min，将磨好的矿渣粉放入袋中，如此循环数次，制备出适量的矿渣粉21。2 熟料矿渣粉：将熟料和矿渣按1：1，熟料和矿渣各5kg放到实验室磨机中粉磨80min，将磨好的熟料矿渣粉放入袋中，如此循环数次，制备出适量的熟料矿渣粉。3 改性磷石膏的制备：将磷石膏、矿渣粉、钢渣粉按45：1：2充分混合后（实验中一次取磷
41、石膏1350g，矿渣粉30g，钢渣粉60g），再放入砂浆搅拌机中充分混合搅拌5min，将搅拌好的混合物装入袋中，放置3天，以消除磷石膏中杂质对水泥凝结时间的影响。如此循环数次，制备出适量的改性磷石膏。4 磷石膏浆体的制备：将制备好的改性磷石膏外加0.6倍的水（实验中一次取改性磷石膏1440g，外加水864g），与适量陶瓷球一同放置在砂浆搅拌机中搅拌，通过陶瓷球将磷石膏粉磨成浆体，倒入空桶中备用，如此循环数次，制备出适量的磷石膏浆体。5 磷石膏基水泥的制备：按照干物料比例，45%磷石膏、49%矿渣、2%钢渣、熟料4%，聚羧酸母液0.22%，配制磷石膏水泥，其中磷石膏以磷石膏浆体配入，0.6的水分
42、需要扣除。4.2 C30泵送混凝土的制备4.2.1 实验所需原料实验所用的原材料包括：磷石膏浆、矿渣粉、钢渣粉、熟料矿渣粉、砂、石、减水剂、外加水。4.2.2 C30混凝土的配比实验中用12L混凝土搅拌机制备混凝土，通过调节外加水的量，以改变水灰比，来测定不同水灰比的混凝土的强度发展规律。12L混凝土中的磷石膏浆、矿渣粉、钢渣、熟料矿渣粉、砂子、石头的量如下表4-1所示。表4-1 实验中12L混凝土中所用原料的量磷石膏浆kg矿粉kg钢渣kg熟料矿渣粉kg砂子kg石头kg砂率%3.5162.1960.0960.3968.48612.73401m混凝土的实验数据如表4-2所示。表4-2 1m混凝土
43、的实验数据实验分组水灰比外加水kg减水剂%塌落度扩展度3d抗压强度MPa7d抗压强度MPa28d抗压强度MPa10.298.030.521550026.8439.0520.312.080.321550026.0934.0530.298.030.318029.8139.3850.2700.51853608.9820.3124.8260.3116.170.414028013.9428.3733.8770.3324.310.417534013.3725.0732.0680.3532.450.42053609.1420.7828.1990.3948.730.31853806.7219.3224.971
44、00.4365.010.21653206.6519.5823.23110.4781.290.12053606.2417.3722.81图4-1 磷石膏混凝土强度-水灰比对比图从1#和3#组试验中对比可知，在相同水灰比条件下，增大聚羧酸减水剂母液掺量，提高了低碳混凝土的流动性，说明此聚羧酸减水剂和低碳混凝土具有很好的适应性；从强度数据来看，减水剂的改变会影响混凝土的早期强度，后期强度影响不大；对比2#和3#两组试验，在使用相同减水剂含量下，减小水灰比，导致混凝土塌落度值下降，水灰比对低碳混凝土工作性也具有较强的影响力，但是从7天、28天强度数据看，水灰比对强度的影响仍然是最主要因素；从以上数据可
45、知，强度发展较好的是5#和6#实验，3天、7天、28天强度都明显高于其他的几组实验试块。对比7#、8#、9#、10#实验，水灰比增加，早期强度低，脱膜困难，7天强度基本持平，28天强度均为达到30MPa，整体强度低于5#和6#，可以看出水灰比对强度的影响占主要因素。由混凝土水灰比-强度发展规律图可以看出磷石膏混凝土水灰比在0.3左右时，混凝土的强度可以达到最大值。水灰比为0.3的混凝土满足流动性及强度要求，所以后期耐久性实验中可以采取水灰比为0.3的混凝土进行实验。4.3 耐久性混凝土配合比实验中制备出18L混凝土，用于耐久性实验的混凝土的水灰比为0.3。实验中18L混凝土中的磷石膏浆、矿渣粉、钢渣、熟料矿渣粉、砂子、石头的量如下表4-3所示。表4-3 实验中18L混凝土中各种原料的量磷石膏浆kg矿粉kg钢渣kg熟料矿渣粉kg砂子kg石头kg砂率%3.5163.2940.1440.59412.72619.098401m混凝土
