硅质火山岩用作混凝土矿物掺合料的研究

矿物掺合料理论研究和工业开发是当前国内外水泥混凝土相关领域主要热点之一。江西省分布众多的硅质火山岩，其成分富SiO2且结构以玻璃质为主。原理上这些岩石研磨成细粉具有火山灰活性而可用作混凝土掺合料。本项目拟调研筛选几种代表性硅质火山岩，以火山灰活性表征厘定其活性程度进而判断用作掺合料的优劣，探讨岩石性能、粉末细度、化学活化对火山灰活性影响的内在联系并建立灰色关联方程，遴选优化火山岩掺合料技术参数并制定技术标准。系统地研究硅质火山岩掺合料对混凝土工作性能、力学性能和耐久性能等的改性作用，对比其它掺合料以及与其组合的复合掺合料之改性效果，揭示火山岩掺合料混凝土组成、结构与性能之间的相关规律。采用现代材料测试方法分析火山岩掺合料混凝土的水化产物、微孔结构、集料界面过渡带特征，深入剖析掺合料对水泥基复合材料改性的机理，从而构筑开发应用火山岩混凝土掺合料的相关理论和技术基础，促进矿物材料学的发展。

为促进研究开发火山岩用作水泥基材料中辅助胶凝材料，从火山岩火山灰活性构成要素的视角着重研究火山灰活性组分及其与材料性能的关系。.选择若干主要火山岩地区代表性酸性火山岩，以岩相分析岩石结构玻璃质比例大和化学成分分析SiO2+Al2O3含量高为准遴选研究的对象。原创性采用XRD测试的火山岩中非晶态含量和化学分析测定的火山岩成分SiO2+Al2O3含量来计算火山岩活性组分含量，以此表示火山岩火山灰活性的内在潜质和评判火山灰活性指标。再次，盐酸选择性溶解法测试火山岩粉在水泥浆中火山灰反应程度，研究其与水泥的化学反应性能和反应动力学模型；压汞法测定掺火山岩粉水泥浆微孔结构，探究其对水泥基材料微观结构影响和改性机理；分析掺火山岩粉水泥砂浆强度，探讨其对水泥基材料力学性能影响。最后，讨论火山岩火山灰活性组分与力学性能、反应程度参数之间的关联性。.研究结果表明：按国家标准用作水泥砂浆和混凝土掺合料的火山岩28天火山灰活性指数≥65%，则其火山灰活性组分SiO2+Al2O3≥40%。如果火山岩化学成分SiO2≥65%，则SiO2中非晶态含量≥62%；火山岩化学成分SiO2+Al2O3≥80%，则火山岩非晶态含量≥50%。以此可从火山灰活性组分直接评判火山岩的火山灰活性大小或质量高低，排除了以往评判方法粉末细度等外部的、非材料内在因素干扰影响，具有更本质、更客观、更稳定、更科学的评判性能。用同源XRD数据而不同方法计算的火山岩两种火山灰活性组分PAC-R与PAC-M数值虽有差异，但两者之间相关性甚高，可见测试方法的可靠性。从火山灰反应程度研究结果可知火山岩的火山灰反应主要集中在前期进行，其后以缓慢速度持续，反应程度随着火山岩掺量增加而逐渐减小。火山岩掺合料对水泥基材料孔结构有优化作用，以微观结构角度解释了火山岩掺合料可提高水泥基材料宏观力学性能和耐久性能。火山岩火山灰活性组分与力学性能、反应程度参数之间具有较好的相关性，籍此这些指数之间可相互转换，也反映火山岩火山灰活性组分与力学性能、化学反应性能之间内在的关联性。.从火山岩火山灰活性构成要素的角度创新性地提出火山灰活性组分的概念、计算方法以及作为评判火山灰活性指标的应用，有助于认识火山岩火山灰活性的内在本质、构成要素以及评判指标的客观性、科学性，为类似含非晶态多相材料研究测试提供一种思路，促进水泥基材料理论研究和发展。