卤水侵蚀对水泥粉煤灰复合浆体微结构的影响

发布时间：2020-08-29 12:55

　　 西部卤水环境会导致混凝土性能退化甚至结构破坏,使混凝土服役寿命大幅缩短。混凝土胶凝浆体作为其基本单元,决定了混凝土的力学性能和耐久性能,因此探明卤水中Cl~-、SO_4~(2-)、Mg~(2+)等侵蚀性离子对混凝土胶凝浆体的水化产物组成及浆体微结构的影响机理,可为西部卤水侵蚀环境下混凝土的设计提供依据。本文依托国家“973”计划项目“严酷环境下混凝土材料与结构长寿命的基础研究”(2015CB655100),采用XRD、SEM-EDS、~(29)Si、~(27)Al NMR和BET氮气吸附等测试技术,研究了Cl~-、SO_4~(2-)、Mg~(2+)离子单独或耦合侵蚀对C-(A)-S-H凝胶微结构的影响规律,并在此基础上研究了卤水侵蚀对水泥粉煤灰复合胶凝浆体中的水化产物组成、含铝相产物转变以及C-S-H凝胶微结构的影响规律。得出如下主要结论:(1)NaCl侵蚀对C-(A)-S-H凝胶微结构影响较弱;NaCl+NaSO_4侵蚀导致C-(A)-S-H凝胶微结构发生显著演变,NaCl+NaSO_4的侵蚀下C-S-H凝胶Ca/Si和Al[4]/Si降低和MCL增大主要为SO_4~(2-)侵蚀作用。NaCl+MgSO_4侵蚀C-(A)-S-H凝胶时,C-(A)-S-H凝胶的Ca/Si和Al[4]/Si降低幅度较NaCl+NaSO_4侵蚀时大,C-(A)-S-H凝胶部分转变成具有支链结构的M-S-H,Mg~(2+)和SO_4~(2-)耦合侵蚀比SO_4~(2-)侵蚀对C-(A)-S-H凝胶微结构的影响显著。(2)低Ca/Si和掺入Al的C-(A)-S-H凝胶在NaCl、NaCl+NaSO_4或NaCl+MgSO_4侵蚀下其微结构参数(Ca/Si降低、MCL增加和Al[4]/Si降低)变化幅度均较高Ca/Si和未掺Al的C-S-H凝胶小,降低Ca/Si和Al掺杂可削弱SO_4~(2-)单独侵蚀和Mg~(2+)与SO_4~(2-)耦合侵蚀对C-(A)-S-H凝胶的脱铝、脱钙作用,提高C-(A)-S-H凝胶在SO_4~(2-)和Mg~(2+)侵蚀下热力学稳定性。(3)SO_4~(2-)侵蚀导致C-(A)-S-H凝胶的平均孔径、累积孔容和比表面积减小;低Ca/Si和Al掺杂的C-(A)-S-H凝胶在SO_4~(2-)侵蚀下,平均孔径、累积孔容和比表面积减小程度比高Ca/Si和未掺杂Al的C-S-H凝胶的减小程度要小,降低Ca/Si或Al掺杂可削弱SO_4~(2-)侵蚀对C-(A)-S-H凝胶孔结构的影响。SO_4~(2-)侵蚀C-(A)-S-H凝胶导致其对Cl~-吸附量降低。(4)相比同龄期水中养护,卤水侵蚀可提高胶凝浆体中水泥和粉煤灰的水化程度,降低胶凝浆体中Ca(OH)_2、AFm和TAH含量,增加AFt和Friedel盐生成量;卤水侵蚀可导致C-(A)-S-H凝胶Ca/Si降低,硅氧四面体聚合度增加、MCL增大,处于硅氧链上桥位置Al[4]量减小,Al[4]/Si下降,上述C-(A)-S-H凝胶微结构参数变化幅度随着卤水侵蚀龄期的延长而增大,卤水侵蚀可导致胶凝浆体中C-(A)-S-H凝胶微结构发生显著演变。(5)在水中养护和卤水侵蚀下,随着粉煤灰掺量增加,胶凝浆体中C-(A)-S-H凝胶的Ca/Si降低,Al[4]/Si增大,MCL增大。相比水中养护,卤水侵蚀导致胶凝浆体中C-(A)-S-H凝胶的Ca/Si和Al[4]/Si均降低,MCL增大,其变化幅度随着粉煤灰掺量的增加而减小,粉煤灰可削弱卤水侵蚀对胶凝浆体中C-(A)-S-H凝胶脱铝、脱钙作用,提高卤水侵蚀下胶凝浆体中C-(A)-S-H凝胶的热力学稳定性。卤水侵蚀下,随着粉煤灰掺量增加,Ca(OH)_2和AFt生成量减小,Friedel盐生成量增加,粉煤灰可以提升卤水侵蚀条件下浆体的Cl~-固化能力和抗硫酸盐侵蚀能力。(6)在卤水侵蚀下,随着水胶比的增大,水泥粉煤灰胶凝浆体中Friedel盐、CaSO_4·2H_2O和AFt生成量增多,C-A-S-H凝胶中处于硅氧链桥位置Al[4]向AFt和Friedel盐中的Al[6]转变,Al[4]/Si降低,C-A-S-H凝胶的硅氧四面体聚合度和MCL增大,C-A-S-H凝胶脱铝、脱钙严重,降低水胶比可削弱卤水导致胶凝浆体中C-A-S-H凝胶微结构演变和含铝相水化产物的转变程度。本文研究成果为探明西部卤水侵蚀环境下混凝土胶凝浆体微结构形成、演变与性能退化机理奠定了基础。
【学位单位】：武汉理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TU528
【部分图文】：

（3）盐结晶抑制剂对水泥-粉煤灰胶凝浆体微结构的影响研究盐结晶抑制剂（一种有机无机复合材料）对水泥-粉煤灰浆体的水化放热和微观形貌的影响；研究不同盐结晶抑制剂掺量的水泥-粉煤灰浆体在卤水侵蚀作用下，侵蚀不同龄期的浆体侵蚀产物组成、C-S-H 微结构的形成与演变规律、含铝相产物的转变。技术路线如图 1-2 所示：

放在可控温的磁力搅拌机上，然后将 Ca(NO3)2·4H2入其中，接着再逐滴加入 Al(NO3)3·9H2O 溶液，边滴加边搅拌以保。全部滴加完后，通过加入 NaOH 调节溶液 pH 值在 13 以上。反成后，将锥形瓶瓶口用凡士林密封，调节磁力搅拌机温度为 60℃应 28d 后将产物取出进行抽滤。滤渣倒入烧杯中，然后用去离子滤 3 遍，最后一遍尽可能抽干，最后将滤渣置于 50℃真空干燥箱（真空度为 0.07MPa），载转至专用真空干燥皿中备用。C-(A)-S程见图 2-1。

NaCl+Na2SO4侵蚀 NaCl+MgSO4侵蚀(c) Ca/Si=0.8图 2-2 不同钙硅比的 C-S-H 凝胶在不同侵蚀环境下的 SEM-EDS 图谱表 2-1 侵蚀前后 C-S-H 的 Ca/Si 实测结果设计 Ca/Si实测 Ca/Si未侵蚀 NaCl NaCl+Na2SO4NaCl+MgSO41.7 1.61 1.67 1.32 --1.3 1.28 1.26 1.08 --0.8 0.76 0.74 0.71 --由图 2-2 和表 2-1 可知，NaCl 侵蚀后 C-S-H 凝胶 Ca/Si 变化不大，设计Ca/Si=1.7、1.3、0.8 的 C-S-H 凝胶经 NaCl 侵蚀后 Ca/Si 由原来的 1.61、1.28 和0.76 变为 1.67、1.26 和 0.74，变化幅度在 1.56%~3.73%之间，说明 Cl-对 C-S-H凝胶 Ca/Si 没有明显的影响，即 Cl-的侵蚀脱钙作用较弱。NaCl 和 Na2SO4共同侵蚀作用下，C-S-H 凝胶 Ca/Si 分别降至 1.32、1.08 和 0.76，降幅分别为 18.01%、

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本文编号：2808580