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随着温室效应等环境问题的日益加剧,绿色环保理念逐渐深入人心,而建筑业中硅酸盐水泥(Portland Cement,PC)生产过程中的能耗和碳排放量在全球占据了相当大的比重,为坚持可持续发展战略,同时满足建筑业对水泥的需求,碱激发胶凝材料(Alkali-ActivatedMaterials,AAMs)作为一种新型节能环保材料应运而生,其中研究和应用最广泛的是碱激发矿渣(Alkali-Activated Slag,AAS)。AAS虽然已有70多年历史,对其基本性能也已有大量研究报道,但针对体系的耐久性尤其是AAS体系混凝土中钢筋锈蚀问题的研究还较少,且机理解释尚未达成共识。本文结合南海岛礁及滨海地区的海工环境特点,采用海水和海砂拌制AAS混凝土,通过模拟孔溶液试验和钢筋混凝土试验研究了钢筋在AAS体系中的腐蚀行为和锈蚀机理,为AAS在结构中的使用提供一定的理论和试验依据。在模拟孔溶液试验中,本文通过压滤法获取了 AAS和PC砂浆的孔溶液,使用电感耦合等离子体原子吸收光谱仪(Inductively Coupled Plasma Optical Emission Spectrometry,ICP-OES)和离子色谱仪分析孔溶液的化学组成。参照孔溶液中各离子的真实浓度,考虑了氯盐环境下不同盐溶液对钢筋锈蚀行为的影响,并通过以下四部分展开研究:(1)不同pH值(9.56、11.03、12.62、13.64和14.47(OH-浓度约为2.95 mol/L,暂以pH值形式作标记))下,含S离子(S2-、S2O32-、SO32-和SO42-)盐溶液的影响;(2)不同浓度AlO2-盐溶液的影响;(3)含S离子、AlO2-和SiO32-共存时盐溶液的影响;(4)传统阻锈剂Ca(NO2)2(掺量为[NO2-/[Cl-]=0.67)和绿色阻锈剂K2HpO4(掺量为[PO43-]/[Cl-]=1)的影响。为了从理论角度对钢筋的锈蚀行为和锈蚀机理进行分析,本文采用HSC Chemistry热化学模拟软件绘制了不同离子的盐溶液在Fe-H20体系中的布拜图(即电位-pH图)。试验及模拟结果显示:在盐溶液中,适量铝酸盐和硅酸盐的加入均可提高钢筋抗氯盐侵蚀能力;AAS模拟液的护筋性优于PC模拟液,这主要是因为AAS孔溶液中存在含量较高的硅酸根离子;针对侵蚀性氯盐环境的影响,Ca(NO2)2在AAS模拟孔溶液中表现出了较强的阻锈作用;此外,基于AAS体系的布拜图与试验结果比较吻合,这也验证了布拜图在研究AAS体系中钢筋锈蚀时的适用性。在钢筋混凝土试验中,本文将海水、海砂和两种阻锈剂(Ca(N02)2和K2HP04)用于AAS钢筋混凝土中,通过多种电化学测试手段对钢筋锈蚀性能进行表征,结果显示,混凝土中钢筋的腐蚀行为和模拟孔溶液试验结果较一致,验证了在研究AAS体系中钢筋锈蚀机理时,用模拟液代表简化的混凝土环境的可靠性。在模拟海洋环境的浸烘循环过程中,AAS混凝土保护钢筋不受氯盐侵蚀的能力和PC混凝土相当,甚至优于PC;海水和海砂的加入提高了 AAS混凝土的强度,对混凝土中钢筋的锈蚀行为影响较小;与模拟液试验结果类似,在AAS钢筋混凝土中,Ca(NO2)2的加入有效提高了混凝土的护筋性。加速碳化试验结果显示,AAS体系混凝土抗碳化能力明显弱于PC混凝土,海水海砂增强了 AAS混凝土基体的抗碳化能力,但在完全碳化状态时会使钢筋的腐蚀程度加重,两种阻锈剂虽然削弱了 AAS混凝土基体的抗碳化能力,但提高了混凝土中钢筋的抗碳化侵蚀能力。以上结果表明,在一定条件下海水海砂和阻锈剂Ca(NO2)2可应用于AAS体系,提高AAS钢筋混凝土的耐久性。