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钼酸盐掺入量对低碳环保型混凝土性能的影响研究

2024-08-28 78 上传者：管理员

摘要：随着全球对环境可持续性的关注不断增加，建筑材料领域也日益聚焦于低碳环保型材料的创新与应用。为探明钼酸盐掺入量对低碳环保型混凝土性能的影响，制备了钼酸盐掺入量为0.01%、0.02%、0.03%、0.04%和0.05%的混凝土试件，进行抗压强度和抗折强度的力学性能测试，并使用硫酸盐侵蚀测试对其耐久性能进行了分析。结果表明，随着钼酸盐掺入量的增加，混凝土的抗折强度和抗压强度呈现下降趋势，但耐久性能却呈现上升趋势，同时中等水平的钼酸盐掺入量（如0.03%）能够更好地兼顾力学性能和耐久性能。

关键词：
低碳环保
力学性能
混凝土
耐久性能
钼酸盐掺入量
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随着全球对环境可持续性的关注，建筑材料领域也日益聚焦于低碳环保型材料的创新与应用[1]。混凝土作为建筑材料领域的重要组成部分，其低碳环保型性能研究备受关注。相较于先行研究[2]，本文通过较为广泛的钼酸盐掺入量范围（0.01%～0.05%）系统研究了其对混凝土性能的影响，而非仅集中在特定掺入量范围内的观察。同时，现有研究关注力学性能的变化[3]，但本文通过耐久性能分析更全面评估了材料的全面表现，为建筑材料领域向低碳环保转型提供了深入的实证数据支持。

钼酸盐可以显著提升混凝土的力学性能和抗老化能力，可以为建筑行业提供更加环保、高效和可持续的解决方案。本文旨在探讨钼酸盐掺入量对低碳环保型混凝土性能的影响，为低碳环保型建筑材料的发展提供理论支持和实践指导。为达成这一目标，本文分别掺入不同浓度的钼酸盐，制备了一系列混凝土试件，并针对这些样品进行了力学性能测试和耐久性能分析。这些测试不仅可以评估混凝土的力学特性，还可以帮助理解钼酸盐掺入量对材料强度的具体影响。相较于先行研究，本文的耐久性能测试不仅可以帮助验证混凝土在实际环境中的长期表现，还能与力学性能测试结果相互印证，从而全面评估钼酸盐掺入量对混凝土材料的综合影响。

1、实验材料与方法

本文具体测试了不同比例钼酸盐掺入量对于混凝土材料的力学性能影响，测试采用5组钼酸盐比例，各制备4组混凝土试件，以进行抗压强度、抗折强度和耐硫酸盐腐蚀的测试。

1.1 实验材料

本文使用的主要实验材料包括水泥、钢筋、钼酸盐及辅助添加剂，实验材料如表1所示。

表1 实验材料

表1中的水泥材料为硅酸盐水泥，因其较高的早期和后期强度、良好的耐久性和广泛的应用领域而被选择作为混凝土主要成分；钼酸盐是本文的研究对象，作为掺入材料，研究其对混凝土性能的影响[4]；辅助添加剂用于改善混凝土的流动性、减少收缩、提升抗裂性能等，同时也有助于减少水泥的使用量，进而减少碳排放。

1.2 实验方法

首先，根据实验设计要求，确定水泥、砂、骨料和水的配合比例，以保证混凝土的力学性能和耐久性能。其次，先将预先称量的钼酸盐按0.01%、0.02%、0.03%、0.04%和0.05%的比例加入混凝土中，进行充分混合，确保钼酸盐和其他添加剂均匀分散在混凝土中。最后，浇筑成φ150 mm×300 mm的圆柱体试件，每种比例分别制备4组平行试件，以测试不同天数需求。试件制备组合如表2所示。

1.3 分析方法

对试件进行力学性能和耐腐蚀性的测试，以比较不同制备条件下的试件差异性。其中，抗压强度和抗折强度使用液压机测试，衡量混凝土在受力条件下的变形与破坏情况，记录破坏时荷载值，以计算强度参数；耐腐蚀性测试使用耐硫酸盐蚀性的评估，长期跟踪硫酸盐腐蚀条件下的耐久性能变化。

表2 试件制备组合

1.3.1 抗压强度

抗压强度是评价混凝土质量和性能的重要指标之一，能够反映混凝土在受到压缩荷载时的承载能力[5]。抗压强度需要使用液压压力机进行测试，且压力机应具备适当的加载能力和精度。测试前，需要先制备φ150 mm×300 mm的圆柱体试件，过程如下：将新拌混凝土倒入模具中，每层振捣密实，确保没有气泡和空隙，在试件成型24 h后进行脱模，并放入标准养护室，养护温度为（20±2）℃，相对湿度不低于95%。试件养护好后，放在压力机的加载平台上，平稳加载，并根据标准规范，将抗压测试中的加载速度控制在（0.6±0.2)MPa/s，直到试件破坏，记录破坏荷载。

抗压强度计算公式为：

式中：fc——抗压强度；P——破坏荷载；A——试件的受压面积。

1.3.2 抗折强度

抗折强度是混凝土在弯曲应力作用下的承载能力，常用于评价混凝土在受拉和受弯荷载下的性能[5]。与抗压强度相同，先制备φ150 mm×300 mm的圆柱体试件，在试件成型后进行标准养护，再使用弯曲试验机或三点加载设备进行测试。将试件置于支点上，支点间距一般为300 mm，并对试件中间的加载点施加集中荷载，加载速度应控制在0.05 MPa/s～0.10 MPa/s。

抗折强度计算公式为：

式中：ff——抗折强度；P—破坏荷载；L——支点间距；b——试件；d——试件高度。

1.3.3 耐硫酸盐腐蚀性能

耐硫酸盐腐蚀性能是评价混凝土在硫酸盐环境中长期使用性能的重要指标[6]。测试该性能需要制备尺寸为100 mm×100 mm×100 mm的立方体试件，试件在成型后进行标准养护，直到28 d龄期。配制5%的硫酸钠或硫酸镁溶液，作为腐蚀介质，并将标准养护后的试件浸泡在硫酸盐溶液中，溶液温度控制在（20±2）℃。溶液应定期更换，以确保其浓度稳定。

测试周期通常为90 d、180 d和360 d，对比不同时长条件下的腐蚀情况。基于这一周期，定期取出试件，清洗并晾干，测试抗压强度。

基于式（1），耐硫酸盐腐蚀系数计算公式为：

式中：Rs——耐硫酸盐腐蚀系数；fc′——相应周期腐蚀后的抗压强度；fc——未腐蚀的初始抗压强度。

2、实验结果与讨论

2.1 力学性能分析

根据实验结果，钼酸盐掺入量的增加，对混凝土的力学性能产生了显著影响。其中，钼酸盐掺入量与硬化天数对抗压强度的影响如图1所示。

图1 钼酸盐掺入量与硬化天数对抗压强度的影响

随着钼酸盐掺入量的增加，混凝土的抗压强度有明显提高。例如，钼酸盐掺入量从0.01%增加到0.05%，第1天的抗压强度从20.2 MPa提高到23.8 MPa，第3天从30.3 MPa提高到35.1 MPa，第5天从28.8 MPa提高到33.4 MPa，第7天从22.9 MPa提高到27.5 MPa。第1天和第3天时，钼酸盐掺入量的增加显著提高了抗压强度，说明钼酸盐对早期强度有良好的促进作用。第5天和第7天时，抗压强度也随掺入量的增加而提高，但增幅开始减小。这可能是因为混凝土在较长时间的硬化中，其他因素（水化产物的稳定性）对强度的影响变得更加显著。

钼酸盐掺入量与硬化天数对抗折强度的影响如图2所示。

由图2可知，初期硬化使抗折强度提高，伴随着水化反应的持续进行，第3天时抗折强度达到最高值，此后抗折强度随着硬化天数的增加而降低。对比每一硬化天数不同钼酸盐掺入量条件下的抗折强度，随着钼酸盐掺入量的增加，抗折强度均有所提高。尽管不同掺入量条件下抗折强度有轻微提高，但增幅较小，波动不足，因此在实际应用中需综合考虑经济性和强度增益之间的平衡。

图2 钼酸盐掺入量与硬化天数对抗折强度的影响

2.2 耐久性能分析

耐硫酸盐腐蚀测试结果如表3所示。

表3 耐硫酸盐腐蚀测试结果

由表3可知，随着钼酸盐掺入量的增加，耐硫酸盐腐蚀系数明显提高。这表明钼酸盐能够有效提高混凝土在硫酸盐环境中的耐腐蚀性能。其中，90 d条件下，钼酸盐掺入量为0.01%时，耐硫酸盐腐蚀系数为0.85；钼酸盐掺入量为0.05%时，耐硫酸盐腐蚀系数为0.94。180 d测试结果与90 d测试结果类似，随着钼酸盐掺入量的增加，耐硫酸盐腐蚀系数持续提高。180 d条件下，钼酸盐掺入量为0.01%时，耐硫酸盐腐蚀系数为0.78；钼酸盐掺入量为0.05%时，耐硫酸盐腐蚀系数为0.89。360 d长时间浸泡后，钼酸盐对混凝土耐硫酸盐腐蚀性能的提升效果更加显著。360 d条件下，钼酸盐掺入量为0.01%时，耐硫酸盐腐蚀系数为0.70；钼酸盐掺入量为0.05%时，耐硫酸盐腐蚀系数为0.83。由此可以看出，增加钼酸盐掺入量可以显著提升混凝土在硫酸盐环境中的耐腐蚀性能。虽然随着测试周期的延长，耐硫酸盐腐蚀系数有所降低，但高钼酸盐掺入量的混凝土试件仍保持较高耐腐蚀能力。这表明钼酸盐在提高混凝土耐久性能方面具有极高的应用价值。在实际工程中，可以根据具体需求选择适当的钼酸盐掺入量，以达到最佳的抗硫酸盐腐蚀效果。

3、结论

本文针对钼酸盐掺入量对低碳环保型混凝土性能的影响开展了研究，根据实验结果可以得出以下结论。

(1）钼酸盐作为混凝土添加剂，虽然在一定程度上降低了其力学性能，但却显著提升了其耐久性能，特别是在耐硫酸盐腐蚀方面表现突出。

(2）建议在0.01%～0.05%中选择一个中等水平的掺入量，如0.03%，以确保达到所需耐久性能和力学性能。

(3）添加钼酸盐等辅助材料有助于优化混凝土的水化过程，从而减少水泥的使用量。同时水泥的生产过程通常伴随着大量能耗和碳排放，因此减少水泥使用可以有效降低材料的整体碳足迹。

(4）钼酸盐能够改善混凝土的耐久性能，包括抗硫酸盐侵蚀能力和抗渗透性。通过延长混凝土结构的使用寿命，可以减少因混凝土结构损坏而进行的频繁维修和更换，从而减少了额外的碳排放。

低碳环保型混凝土不仅满足了建筑结构安全和功能需求，还积极响应了全球建筑行业对于可持续发展和环境保护的迫切需求。因此，在实际工程应用中，可以根据具体需求和环境条件，合理控制钼酸盐的掺入量，以平衡混凝土力学性能和耐久性能的要求。未来，可以进一步探索不同配比下钼酸盐的最佳应用范围及与其他添加剂的协同效应，为优化混凝土材料的性能提供更多理论和实验依据。

参考文献:

[1]李圣慧,沈婷,陈隽旭,等.中空夹层钢管混凝土墩柱选材匹配性研究[J].公路,2024,69(5):395-402.

[2]王建刚,曾波,唐飞,等.基于建筑固废的低碳肥槽混凝土性能研究[J].混凝土,2024(4):157-161,165.

[3]吴敏,王晨,王安辉,等.碱激发矿渣-赤泥新型低碳透水混凝土性能研究[J].人民黄河,2024,46(4):148-152.

[4]肖建庄,张航华,唐宇翔,等.废弃混凝土再生原理与再生混凝土基本问题[J].科学通报,2023,68(5):510-523.

[5]张平,陈旭,李绍纯,等.绿色低碳型高性能混凝土的制备及其性能研究[J].新型建筑材料,2020,47(9):155-158.

[6]李然.关于预拌混凝土行业绿色低碳发展的探讨[J].混凝土,2017(12):124-126,131.

文章来源:黄乐平.钼酸盐掺入量对低碳环保型混凝土性能的影响研究[J].低碳世界,2024,14(08):57-59.