硫鋁酸(鍶)鈣水泥與液相侵蝕環(huán)境的相容性研究.pdf

1、水泥結(jié)構(gòu)暴露在環(huán)境中,不可避免的受到環(huán)境的影響,研究分析各種環(huán)境對(duì)水泥的侵蝕機(jī)理,并建立模型預(yù)測(cè)評(píng)估其耐久性壽命,對(duì)于實(shí)際的工程應(yīng)用有一定的指導(dǎo)意義。本文以硫鋁酸(鍶)鈣水泥為研究對(duì)象,研究在不同的液相侵蝕環(huán)境下,水泥試塊的侵蝕行為。將試塊分別放入不同種類和濃度的硫酸鹽和氯鹽的侵蝕液中,在不斷更換侵蝕液的條件下,進(jìn)行了試塊的侵蝕實(shí)驗(yàn)。研究各種侵蝕液對(duì)硫鋁酸(鍶)鈣水泥的抗壓強(qiáng)度的影響,同時(shí)探索在侵蝕過(guò)程中溶液離子濃度的變化規(guī)律及其去向,

2、從而研究離子在侵蝕實(shí)驗(yàn)過(guò)程中起到的作用,并借助體視顯微鏡、X射線衍射儀(XRD)、掃描電鏡等測(cè)試手段對(duì)侵蝕機(jī)理進(jìn)行研究。
　　 研究結(jié)果表明:
　　 各種侵蝕液對(duì)試塊均有不同程度的侵蝕,侵蝕液中試塊的強(qiáng)度均略低于水中試塊的強(qiáng)度,水泥試塊中的鈣離子和硫酸根離子都有一定程度的析出。隨著齡期的增長(zhǎng),各種侵蝕液對(duì)試塊的侵蝕作用逐漸減弱。相同濃度的鈉鹽和鎂鹽相比,鎂鹽對(duì)硫鋁酸鹽水泥的侵蝕更嚴(yán)重。侵蝕液濃度越高,侵蝕液對(duì)試塊的侵蝕作

3、用越強(qiáng),這種規(guī)律與侵蝕液種類無(wú)關(guān);侵蝕液的種類不同,侵蝕液對(duì)試塊的侵蝕強(qiáng)弱不同,與侵蝕液的濃度無(wú)關(guān)。
　　 四種侵蝕液中,氯化鈉溶液中硫鋁酸鹽水泥試塊28d強(qiáng)度最高為68.8MPa,氯化鎂溶液中試塊的28d強(qiáng)度最低,僅有49.0MPa。在硫酸鹽溶液中,有一部分硫酸根離子參與了水泥的水化過(guò)程,生成次生的鈣礬石。有一部分鎂離子和氯離子進(jìn)入到試塊內(nèi)部,引起試塊的膨脹,氯化鎂溶液中試塊表面出現(xiàn)明顯的裂紋。隨著侵蝕液濃度的增加,試塊中溶出

4、的鈣離子濃度,以及進(jìn)入試塊內(nèi)部的各種離子濃度越來(lái)越高。試塊的7d強(qiáng)度最高,隨著Na2SO4濃度的增加,從最大的90.6Mpa降至78.1MPa。而后隨著侵蝕過(guò)程的進(jìn)行試塊的28d強(qiáng)度出現(xiàn)倒縮現(xiàn)象,尤其是當(dāng)硫酸鈉溶液濃度較大時(shí)下降更明顯,10％硫酸鈉溶液中試塊強(qiáng)度由78.1Mpa降至50.9MPa。
　　 通過(guò)Fick第二定律建立氯離子擴(kuò)散模型,根據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)得出各測(cè)點(diǎn)氯離子濃度與測(cè)點(diǎn)到混凝土表面距離的關(guān)系滿足指數(shù)關(guān)系,氯離子在硫鋁

5、酸鹽水泥試塊中的擴(kuò)散系數(shù)數(shù)量級(jí)為10-13。根據(jù)建立的模型推測(cè)出,硫鋁酸鹽水泥保護(hù)層結(jié)構(gòu)的使用壽命至少為51.5年。
　　 硫酸鹽侵蝕環(huán)境引起的試塊自身結(jié)構(gòu)損傷,近似符合牛頓物質(zhì)冷卻定律。根據(jù)硫酸鹽質(zhì)量濃度和鈣離子溶出量確定模型的修正系數(shù),最終得到硫酸鹽侵蝕環(huán)境下硫鋁酸鹽水泥的耐久性模型,并預(yù)測(cè)其耐久性壽命為66.1年。
　　 硫鋁酸鍶鈣水泥試塊在任一種侵蝕液和任意齡期的強(qiáng)度均高于相應(yīng)的普通硫鋁酸鹽水泥試塊的強(qiáng)度,而且在

6、各種侵蝕液中的強(qiáng)度均隨著齡期的增長(zhǎng)而增長(zhǎng),并未出現(xiàn)普通硫鋁酸鹽水泥表現(xiàn)出的強(qiáng)度倒縮現(xiàn)象。硫鋁酸鍶鈣水泥試塊在水和氯鹽溶液中具有更加良好的耐侵蝕性,而在鎂鹽溶液中硫鋁酸鍶鈣水泥的耐侵蝕性能比普通硫鋁酸鹽水泥更弱。硫鋁酸鍶鈣水泥試塊在侵蝕過(guò)程中基本上沒(méi)有硫酸根離子和鍶離子溶出,而硫酸鹽溶液中的硫酸根離子基本上全部進(jìn)入試塊,參與試塊的水化反應(yīng)。以硫鋁酸鹽水泥為依據(jù),利用Fick第二定律得出的氯鹽侵蝕模型同樣適用于硫鋁酸鍶鈣水泥;而利用牛頓物質(zhì)