碳硫硅钙石生成机理、稳定性与侵蚀防治技术研究

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碳硫硅钙石是混凝土硫酸盐侵蚀产物之一。水泥硬化体一旦发生碳硫硅钙石型侵蚀,强度最终会完全丧失,给建筑工程带来巨大的安全问题和经济损失,是目前急需解决的一大技术难题。碳硫硅钙石型侵蚀发现较晚,但已引起人们的广泛关注。明确碳硫硅钙石的侵蚀机理、稳定性,并在此基础上研究其防治技术,对提高混凝土的耐久性意义重大。  本文用化学方法合成出纯的碳硫硅钙石和钙矾石,并对合成出的碳硫硅钙石进行微观结构表征,用以研究其鉴定方法;用C3S, C2S,二水石膏和碳酸钙配制净浆以研究碳硫硅钙石直接生成机制,同时在研究C3A或钙矾石含量对碳硫硅钙石生成影响的基础上,探讨碳硫硅钙石生成的间接机制;用合成出的纯碳硫硅钙石和钙矾石对比研究二者的稳定性;研究粉煤灰、矿渣和钡盐对碳硫硅钙石生成的影响,并结合其鉴定方法、生成机理及稳定性探讨碳硫硅钙石型硫酸盐侵蚀防治技术。主要结论如下:  1)碳硫硅钙石和钙矾石的XRD图谱相似,不能用XRD鉴定碳硫硅钙石。EDS能谱能证明碳硫硅钙石和钙矾石在元素组成上存在差异,但不能用于鉴定真实胶凝体系下的碳硫硅钙石。[SiO6]基团在IR和Raman光谱中分别存在500cm-1和658cm-1处的特征峰,但是IR光谱中500cm-1处的吸收峰不太明显。因此在真实胶凝系统中宜采用Raman测试来鉴定碳硫硅钙石的存在。  2)碳硫硅钙石可以通过配制的C3S, C2S,二水石膏和碳酸钙配制净浆直接生成。在掺有C3A或钙矾石的胶凝系统中,碳硫硅钙石的生成量与C3A和钙矾石掺量成正比,且该系统水化18月后检测不到钙矾石的存在。研究表明,碳硫硅钙石可以通过直接机制和转化机制生成,但当钙矾石存在时,更容易通过转化机制而生成。  3)碳硫硅钙石的热稳定性高于钙矾石,钙矾石在70℃作用2 h即可被完全破坏,而碳硫硅钙石在90℃作用5h后才可被完全分解。在碳化条件下,碳化时间为10h时碳硫硅钙石未发生显著变化,钙矾石的碳化程度则随碳化时间的延长而增加,在3h后钙矾石几乎完全分解。钙矾石比碳硫硅钙石更易受到碳酸钠破坏,碳硫硅钙石与氯化钡几乎不发生反应,而钙矾石则较易被氯化钡破坏。因此,碳硫硅钙石热分解稳定性、碳化稳定性和在碳酸钠或氯化钡溶液中的稳定性均明显高于钙矾石,可能是由于碳硫硅钙石结构中离子键和氢键强度高于钙矾石。  4)粉煤灰、矿渣或硝酸钡加入混凝土后,可显著降低碳硫硅钙石的生成量。当粉煤灰或矿渣在混凝土中掺量达到40%时,或硝酸钡的加入量为5%以上时,碳硫硅钙石的生成可被完全抑制。
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