海水环境下微生物腐蚀铝酸盐水泥基材料的机制与防护
发布时间：2021-08-26 19:34
海上采油平台和海底管线等工程除发生物理破坏和化学侵蚀等腐蚀破坏外,还发生严重的微生物腐蚀。为此,开展了不同养护温度下普通硅酸盐水泥和二水石膏共同改性铝酸盐水泥,海水环境下微生物的生长繁殖规律及微生物对铝酸盐水泥基材料性能的影响研究,拟阐明微生物对铝酸盐水泥基材料的腐蚀机制。在探明上述腐蚀规律和机制的基础上,还探讨了杀菌剂型防护材料对铝酸盐水泥基材料耐生物腐蚀的效果。得出以下结论:（1）通过分析20℃和50℃养护条件下普通硅酸盐水泥和二水石膏复掺对铝酸盐水泥基砂浆性能的影响,确定了三元胶凝体系中铝酸盐水泥、普通硅酸盐水泥及二水石膏质量比例为85%:4%:11%。（2）微生物在海水环境中的生长曲线包括延滞期、快速分裂期、稳定期和衰亡期。确定了海水腐蚀介质为振荡培养4 d的海水菌液,12 d为一更换周期,底物硫代硫酸钠浓度为10 g·L-1。（3）全浸环境比半浸环境下铝酸盐水泥基材料的腐蚀作用更明显。由质量变化和腐蚀系数可知,120 d龄期腐蚀介质中微生物对铝酸盐水泥基材料有明显的腐蚀效果。物相分析和微观结构分析结果表明,腐蚀介质对铝酸盐水泥基材料发生了微生物腐蚀,致使...
【文章来源】：石家庄铁道大学河北省
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
海洋生物对混凝土的腐蚀
还发生了严重的微生物腐蚀[1](见图 1-1 和图1-2)。混凝土的微生物腐蚀指由微生物的新陈代谢作用造成混凝土的腐蚀破坏。腐蚀混凝土的微生物中，起主要作用的优势微生物为硫杆菌属，常见的为硫氧化细菌，它可以将硫单质或含硫物质氧化成生物硫酸(H2SO4)，形成的生物硫酸进而被一层水膜包裹，形成生物膜[2]。嗜酸性的硫氧化细菌在水膜的包裹作用下与生物硫酸一起，通过混凝土的孔隙逐步渗入到混凝土内部，并进一步代谢产酸，从而加速混凝土的腐蚀破坏作用。其腐蚀机理为 H2SO4与混凝土内 Ca(OH)2反应生成石膏，同时导致水泥的水化产物水化硅酸钙(C-S-H)分解，生成不溶性且无胶结作用的 SiO2胶体，石膏进而与 C3A 反应生成钙矾石(AFt)，致使混凝土产生膨胀开裂[3-4]。微生物腐蚀可导致混凝土结构表面污损、表层疏松、砂浆脱落、骨料外露
Al(OH)3(铝胶) 和 C-S-H 凝胶将钙矾石、CAH10及 C3AH6胶结在一起，使得浆体内整体结构致密。而从图2-3(b)可以看出，铝酸盐水泥基砂浆试件内部主要为立方相晶体 C3AH6，铝胶和C-S-H 凝胶在晶体之间起胶凝作用。但是内部孔隙较大，结构较疏松，宏观表现为强度较低，与力学性能分析结果保持一致。(a) 20℃ (b) 50℃图 2-3 两种养护温度下铝酸盐水泥基砂浆试件 SEM 图2.2.2 普通水泥和二水石膏复掺对铝酸盐水泥基砂浆性能的影响通过上节关于不同温度对铝酸盐水泥基砂浆力学性能的影响研究，确定腐蚀所用铝酸盐水泥基砂浆的养护温度为 20℃。在上述基础上研究 20℃养护条件下，普通水泥和二水石膏复掺对铝酸盐水泥基砂浆性能的影响。(1) 力学性能20℃养护条件下，普通水泥和二水石膏复掺对铝酸盐水泥基砂浆 28 d 抗压强度的影响结果如图 2-4 所示。图 2-4(a)表示普通水泥掺量取某一固定值(0、2、4、6、8、10%)，不同二水石膏掺量(9~19%)的铝酸盐水泥基砂浆 28 d 抗压强度
【参考文献】：
期刊论文
[1]稻壳灰对铝酸盐水泥早期水化的影响[J]. 徐玲琳,吴凯,王培铭,Horst-Michael LUDWIG. 硅酸盐学报. 2016(08)
[2]粉煤灰对硅酸盐水泥-铝酸盐水泥-石膏三元体系性能的影响[J]. 史琛,何廷树,李益民,靳宝华. 西安建筑科技大学学报(自然科学版). 2016(03)
[3]矿渣对铝酸盐水泥石性能影响的研究[J]. 李早元,伍鹏,程小伟,王岩,郭小阳. 硅酸盐通报. 2014(12)
[4]硬石膏对硅酸盐水泥-铝酸盐水泥体系性能的影响[J]. 李海南,马保国,张承志,梅军鹏. 砖瓦. 2014(10)
[5]粉煤灰对硅酸盐水泥-铝酸盐水泥-硬石膏体系性能的影响[J]. 李海南,马保国,张承志. 砖瓦. 2014(08)
[6]石膏种类对硅酸盐–铝酸盐混合水泥强度的影响机理[J]. 徐玲琳,王培铭,张国防,Geert de SCHUTTER. 硅酸盐学报. 2013(11)
[7]硅酸盐水泥与铝酸盐水泥混合体系的研究和应用[J]. 王培铭,孙磊,徐玲琳,张国防. 材料导报. 2013(01)
[8]高铝水泥和硅酸盐水泥复合体系凝结硬化性能的试验研究[J]. 张量,李伟. 新型建筑材料. 2012(07)
[9]硅酸盐水泥-铝酸盐水泥-硬石膏体系的干缩变形性能研究[J]. 张承志,李海南,王爱勤,张彦敏. 混凝土与水泥制品. 2011(10)
[10]钢筋混凝土微生物腐蚀[J]. 朱绒霞. 装备环境工程. 2010(01)
博士论文
[1]城市污水环境下混凝土腐蚀及耐久性研究[D]. 闻宝联.天津大学 2005
硕士论文
[1]污水环境下混凝土的劣化行为及预测研究[D]. 包昕.石家庄铁道大学 2016
[2]普通硅酸盐水泥—铝酸盐水泥—二水石膏胶凝体系的试验研究[D]. 郭艳.西安建筑科技大学 2015
[3]城市生活污水对混凝土的腐蚀及防治研究[D]. 王萌.石家庄铁道大学 2015
[4]碳钢和不锈钢的硫代谢细菌腐蚀行为的研究[D]. 张倩.中国科学院研究生院（海洋研究所） 2013
[5]聚合物改性高强水泥砂浆的研究[D]. 葛序尧.湖南大学 2008
[6]硅酸盐水泥—铝酸盐水泥—石膏三元复合胶凝材料试验研究[D]. 霍世金.西安建筑科技大学 2007
[7]海洋微生物附着腐蚀铁铝金属间化合物的机制研究[D]. 常雪婷.山东大学 2007
[8]硅酸盐水泥与铝酸钙水泥复合性能和水化机理的研究[D]. 刁桂芝.中国建筑材料科学研究院 2005
本文编号：3364840
【文章来源】：石家庄铁道大学河北省
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
海洋生物对混凝土的腐蚀
还发生了严重的微生物腐蚀[1](见图 1-1 和图1-2)。混凝土的微生物腐蚀指由微生物的新陈代谢作用造成混凝土的腐蚀破坏。腐蚀混凝土的微生物中，起主要作用的优势微生物为硫杆菌属，常见的为硫氧化细菌，它可以将硫单质或含硫物质氧化成生物硫酸(H2SO4)，形成的生物硫酸进而被一层水膜包裹，形成生物膜[2]。嗜酸性的硫氧化细菌在水膜的包裹作用下与生物硫酸一起，通过混凝土的孔隙逐步渗入到混凝土内部，并进一步代谢产酸，从而加速混凝土的腐蚀破坏作用。其腐蚀机理为 H2SO4与混凝土内 Ca(OH)2反应生成石膏，同时导致水泥的水化产物水化硅酸钙(C-S-H)分解，生成不溶性且无胶结作用的 SiO2胶体，石膏进而与 C3A 反应生成钙矾石(AFt)，致使混凝土产生膨胀开裂[3-4]。微生物腐蚀可导致混凝土结构表面污损、表层疏松、砂浆脱落、骨料外露
Al(OH)3(铝胶) 和 C-S-H 凝胶将钙矾石、CAH10及 C3AH6胶结在一起，使得浆体内整体结构致密。而从图2-3(b)可以看出，铝酸盐水泥基砂浆试件内部主要为立方相晶体 C3AH6，铝胶和C-S-H 凝胶在晶体之间起胶凝作用。但是内部孔隙较大，结构较疏松，宏观表现为强度较低，与力学性能分析结果保持一致。(a) 20℃ (b) 50℃图 2-3 两种养护温度下铝酸盐水泥基砂浆试件 SEM 图2.2.2 普通水泥和二水石膏复掺对铝酸盐水泥基砂浆性能的影响通过上节关于不同温度对铝酸盐水泥基砂浆力学性能的影响研究，确定腐蚀所用铝酸盐水泥基砂浆的养护温度为 20℃。在上述基础上研究 20℃养护条件下，普通水泥和二水石膏复掺对铝酸盐水泥基砂浆性能的影响。(1) 力学性能20℃养护条件下，普通水泥和二水石膏复掺对铝酸盐水泥基砂浆 28 d 抗压强度的影响结果如图 2-4 所示。图 2-4(a)表示普通水泥掺量取某一固定值(0、2、4、6、8、10%)，不同二水石膏掺量(9~19%)的铝酸盐水泥基砂浆 28 d 抗压强度
【参考文献】：
期刊论文
[1]稻壳灰对铝酸盐水泥早期水化的影响[J]. 徐玲琳,吴凯,王培铭,Horst-Michael LUDWIG. 硅酸盐学报. 2016(08)
[2]粉煤灰对硅酸盐水泥-铝酸盐水泥-石膏三元体系性能的影响[J]. 史琛,何廷树,李益民,靳宝华. 西安建筑科技大学学报(自然科学版). 2016(03)
[3]矿渣对铝酸盐水泥石性能影响的研究[J]. 李早元,伍鹏,程小伟,王岩,郭小阳. 硅酸盐通报. 2014(12)
[4]硬石膏对硅酸盐水泥-铝酸盐水泥体系性能的影响[J]. 李海南,马保国,张承志,梅军鹏. 砖瓦. 2014(10)
[5]粉煤灰对硅酸盐水泥-铝酸盐水泥-硬石膏体系性能的影响[J]. 李海南,马保国,张承志. 砖瓦. 2014(08)
[6]石膏种类对硅酸盐–铝酸盐混合水泥强度的影响机理[J]. 徐玲琳,王培铭,张国防,Geert de SCHUTTER. 硅酸盐学报. 2013(11)
[7]硅酸盐水泥与铝酸盐水泥混合体系的研究和应用[J]. 王培铭,孙磊,徐玲琳,张国防. 材料导报. 2013(01)
[8]高铝水泥和硅酸盐水泥复合体系凝结硬化性能的试验研究[J]. 张量,李伟. 新型建筑材料. 2012(07)
[9]硅酸盐水泥-铝酸盐水泥-硬石膏体系的干缩变形性能研究[J]. 张承志,李海南,王爱勤,张彦敏. 混凝土与水泥制品. 2011(10)
[10]钢筋混凝土微生物腐蚀[J]. 朱绒霞. 装备环境工程. 2010(01)
博士论文
[1]城市污水环境下混凝土腐蚀及耐久性研究[D]. 闻宝联.天津大学 2005
硕士论文
[1]污水环境下混凝土的劣化行为及预测研究[D]. 包昕.石家庄铁道大学 2016
[2]普通硅酸盐水泥—铝酸盐水泥—二水石膏胶凝体系的试验研究[D]. 郭艳.西安建筑科技大学 2015
[3]城市生活污水对混凝土的腐蚀及防治研究[D]. 王萌.石家庄铁道大学 2015
[4]碳钢和不锈钢的硫代谢细菌腐蚀行为的研究[D]. 张倩.中国科学院研究生院（海洋研究所） 2013
[5]聚合物改性高强水泥砂浆的研究[D]. 葛序尧.湖南大学 2008
[6]硅酸盐水泥—铝酸盐水泥—石膏三元复合胶凝材料试验研究[D]. 霍世金.西安建筑科技大学 2007
[7]海洋微生物附着腐蚀铁铝金属间化合物的机制研究[D]. 常雪婷.山东大学 2007
[8]硅酸盐水泥与铝酸钙水泥复合性能和水化机理的研究[D]. 刁桂芝.中国建筑材料科学研究院 2005
本文编号：3364840
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