弱碱环境下硫酸盐侵蚀硅酸盐胶凝体系研究

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水泥混凝土制品已经成为我国国民经济发展的重要物质基础,建筑行业经过几十年的艰苦奋斗,水泥混凝土制品行业从无发展到八大类几十个产品的系列。随着我国科技的发展以及市场需求的进一步扩大,水泥混凝土制品向着大型化、生态化、装饰化的方向发展。水泥作为建筑行业重要的原材料之一,被广泛应用在国防、交通、水利、工业生产等领域,具有及其突出的地位。近年来,由于硫酸盐侵蚀引起的混凝土结构失效、寿命降低受到工程界的广泛关注。另一方面,随着社会工业化的快速发展以及人们对生活环境要求的提高,有很多工业废弃物给环境带来了巨大的压力,例如硅灰、粉煤灰、煤矸石等。这些废弃物占用大量土地资源,有害离子渗透造成环境污染。因此,把这些工业废弃物当作矿物掺和料,在减少水泥熟料使用的过程中还提高了水泥混凝土抗硫酸盐侵蚀性能,成为一条新型化、生态化的道路。当前,关于混凝土硫酸盐侵蚀的研究多集中于强碱(pH≥12.6)环境下,破坏多为钙矾石和碳硫硅钙石型。但是现代越来越多的混凝土结构处于含有硫酸根离子的江河、湖泊、盐碱地和海洋等弱碱环境中,针对该环境下混凝土发生的二水石膏型硫酸盐侵蚀研究甚少。C-S-H凝胶作为硅酸盐水泥水化产物中的主要成分,对水泥浆体及混凝土的性能起着关键作用。硫酸盐在侵蚀水泥基材料的后期又会对C-S-H凝胶造成破坏。本文运用多种测试手段,开展了在弱碱环境下硫酸盐侵蚀硅酸盐胶凝体系的研究,分为以下几个方面:(1)将水泥石浸泡在硫酸钠溶液中,并用硝酸调节pH,其中主要的侵蚀产物为二水石膏,通过K值法定量计算了试样中二水石膏含量,通过分光光度法对试样中自由以及总硫酸根离子含量进行了测定;(2)将液相合成的C-S-H凝胶浸泡在硫酸镁溶液中,研究Mg2+以及SO42-对凝胶的共同侵蚀作用机理;(3)研究硅灰作为掺合料起到的提高混凝土抗硫酸盐侵蚀的作用机理;(4)研究弱碱硫酸盐侵蚀水泥砂浆质量变化以及抗压强度性能。通过上述研究得出以下结论:(1)随着侵蚀溶液中Na2SO4浓度的增加,试样中的二水石膏明显增多,其中浸泡在5%、10%Na2SO4溶液中试样二水石膏的含量分别为3.291%、3.957%。浸泡在10%Na2SO4溶液中试样有明显的二水石膏脉络。分光光度法对试样中自由以及总硫酸根离子的测定结果显示浸泡在5%、10%Na2SO4溶液中试样自由硫酸根离子含量分别是浸泡在水中试样的81、85倍。(2)C-S-H凝胶在5%MgSO4溶液中会受到镁离子和硫酸根离子的双重侵蚀破坏,致使C-S-H不断分解。(3)硅灰对试样的膨胀有一定的改善作用,掺5%、10%硅灰水泥石试样的膨胀率分别是未掺硅灰试样的36%、32%,其破坏程度也随硅灰的加入而有所改善。(4)硅灰的二次水化及填充作用,有利于减少砂浆质量增加,减缓强度损失。
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