摘 要

碳化是混凝土耐久性一项重要内容。对硅酸盐水泥与混凝土抗碳化性能研究历来不少，但对聚合铝改性矿渣水泥与混凝土碳化方面研究则不多，。

水泥水化产物中的主要成分是水化硅酸钙（C-S-H）凝胶，其对水泥胶凝能力起决定性作用。硅和铝具有相似的四面体配位结构，所以铝在C-S-H凝胶与硅发生取代是一种普遍的现象。Al(Ⅲ)取代Si(Ⅳ)会带来一个永久的负电荷，改变颗粒的电荷分布情况，这势必会对早期强度、凝结时间产生影响；而且Al会改变C-S-H主链序列和结构，因此也会对凝胶粘结性和耐久性产生影响。因此，需要研究确定Al掺杂在主链的位置以及掺杂机理，并实验探究掺杂对其力学性能和碳化性能的影响。通过无机高分子絮凝剂聚合氯化铝对水泥和矿渣胶凝材料进行改性的前期研究，表明Al的掺入有助于提高胶凝材料强度。

本文对聚合铝改性矿渣水泥的碳化性能进行研究，进行快速碳化试验。通过XRD、SEM、EDS能谱仪等测试方法，测试聚合氯化铝改性矿渣水泥在碳化前后的微观结构和分子结构。

研究结果表明聚合铝的掺入能够提高矿渣水泥的抗碳化性能，通过孔隙率的测定发现聚合铝的掺入通过降低水泥浆体的孔隙率从而减缓碳化的进行。

关键词：聚合铝；矿渣水泥；碳化

Abstract

Carbonation is important for the durability of concrete. The research on the carbonation resistance of Portland cement and concrete has always been quite a lot, but the research on the concrete carbonation of modified slag cement is not enough.

The main components of cement hydration products are hydrated calcium silicate (C-S-H) gel, which plays a decisive role in cementing capacity. Silicon and aluminum have similar tetrahedral coordination structure, so the substitution of aluminum in C-S-H gel and silicon is common. The substitution of Si (III) by Al (IV) will bring a permanent negative charge and change the charge distribution of particles, which is bound to affect the early strength and setting time. Meanwhile, Al changes C-S-H main chain sequence and structure, which will have great influence on the gel adhesion and durability. Therefore, it is necessary to study the location of Al doped in the main chain and the doping mechanism, and conduct experiments on the effects of doping on the mechanical properties and carbonation properties of the doped. The preliminary study on the modification of the cement and slag cementitious materials by the inorganic polymer flocculant poly aluminum chloride showed that the incorporation of Al was helpful to improve the strength of cementitious materials.

In this paper, the carbonation property of the modified slag cement modified by polymer was studied and high-speed carbonation tests were carried out. It tests the micro-structure and molecular structure of polymeric aluminum chloride modified slag cement before and after carbonation by means of testing methods of XRD, SEM, EDS energy spectrometer and others.

The results show that the addition of polymeric aluminum can improve the carbonation resistance of slag cement. Through the determination of the porosity, it turns out that the incorporation of polymeric aluminum can reduce the porosity of cement paste, which leads to slowing down the process of carbonation.

Key Words：polyaluminum chlorids；slag blended cement；carbonization

目录

摘要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1 研究背景及意义 1

1.2 国内外研究现状 2

1.2.1 聚合铝简介 2

1.2.2 碱矿渣水泥与混凝土的研究及应用 3

1.3 研究目标与内容 4

第2章 实验原材料及聚合铝测定 5

2.1实验原材料及配合比 5

2.1.1实验原材料 5

2.1.2 主要试验方法和测试分析手段 7

2.2 聚合氯化铝结构及性能表征 8

2.2.1远程序列特征分析 8

2.2.2表面活性基团分析 10

2.2.3铝的化学状态分析 11

2.2.4性质和结构小结 12

第3章 聚合铝改性矿渣水泥碳化性能研究 14

3.1聚合氯改性矿渣水泥碳化试验 14

3.2孔隙率测定 16

3.3微观分析 17

第4章 结论与展望 19

4.1 结论 19

4.2 展望 19

参考文献 20

致谢 21

第1章 绪论

1.1 研究背景及意义

空气中的CO₂由于扩散作用进入混凝土孔隙中，并溶解在孔隙水中形成碳酸，与孔溶液中的碱性物质水泥水化产物Ca(OH)₂等发生化学反应的过程叫混凝土的碳化。碳化减少了混凝土内部碱性物质的含量，使得混凝土pH值下降，导致了钢筋钝化膜的消失，加速了钢筋的锈蚀，从而加剧了混凝土结构的损伤劣化^[1]。自上世纪70年代以来，随着工业化的不断发展，大气中的二氧化碳浓度逐年升高，降低了混凝土结构的长期耐久性能加速了混凝土损伤劣化进程。由于现代混凝土会添加矿渣、粉煤灰等矿物辅助掺合料，且矿物掺合料的引入会使混凝土中碱性物质的含量降低，与此同时辅助掺合料中的活性成分(SiO₂，Al₂O₃，Fe₂O₃)会参与Ca(OH)₂发生二次水化反应，导致水泥浆的可碳化碱性物质的进一步降低，因此降低了混凝土的抗碳化能力^[2]。

掺有矿渣的水泥基材料其碳化性能研究现如今在世界上已取得一些进展。Gruyaert^[3]研究表明: 掺入矿渣会导致混凝土的碳化系数增加，也是因此降低了混凝土的抗碳化性能，掺有70%以上矿渣的混凝土抗碳化性能有着明显的降低。Borges研究表明: 在养护温度60℃以下的时候，试样具有着较小的总碳化速率和C-S-H 碳化速率。Sulapha^[4]等试验结果表明: 磨细高炉矿渣(GGBS)的掺入水平、细度是影响混凝土抗碳化能力的重要因素，然而除了掺有高纯度GGBS的混凝土，GGBS的添加会导致混凝土抗碳化能力的削弱，这是由于就碳化而言，Ca(OH)₂的减少与孔改善的程度相比是更具有控制性的。