電場與硫酸鹽共存環(huán)境中水泥基材料的劣化及其機(jī)理研究.pdf_第1頁
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文檔簡介

1、硫酸鹽侵蝕是威脅水泥基材料耐久性的一個(gè)重要因素。當(dāng)水泥基材料暴露于富含硫酸鹽環(huán)境時(shí),硫酸根離子滲入材料內(nèi)部,與水泥水化產(chǎn)物發(fā)生反應(yīng),生成石膏和鈣礬石等侵蝕產(chǎn)物,產(chǎn)生膨脹、開裂和剝落等劣化,或產(chǎn)生鹽結(jié)晶膨脹等物理破壞。目前,關(guān)于硫酸鹽侵蝕及其與其它環(huán)境因素共同作用下水泥基材料的劣化過程及機(jī)理已有大量研究。隨著經(jīng)濟(jì)技術(shù)的不斷發(fā)展,電場也越來越多地應(yīng)用或存在于實(shí)際工程環(huán)境中,如軌道雜散電流和電滲脈沖防潮技術(shù)。在電場影響下,水泥基材料硫酸鹽侵蝕

2、將變得更為復(fù)雜。因此,本文研究了電場與硫酸鹽共存環(huán)境中水泥基材料的劣化行為及機(jī)理。主要研究內(nèi)容及結(jié)論如下:
  研究了電場作用下SO42–在水泥基材料內(nèi)的遷移速率,討論了液相環(huán)境和試件組成與結(jié)構(gòu)對(duì)SO42–遷移的影響,借助X射線衍射分析(XRD)和掃描電鏡-能譜儀(SEM-EDS)分析了硫酸鹽侵蝕產(chǎn)物含量及分布。結(jié)果表明,電場顯著加速了SO42–遷移,電場作用90d后 SO42–侵入試件深度和總量分別為不加電場試件的4.38~6.

3、25倍和7.50~14.00倍,遷入的SO42–與水泥水化產(chǎn)物反應(yīng)生成了大量石膏和鈣礬石晶體;選用NaOH作為陽極溶液可避免試件遭受“酸腐蝕”;調(diào)整陰極溶液pH值為7.0時(shí),有利于SO42–遷入;電場作用下SO42–遷移主要由電勢(shì)差控制,濃度差影響甚微;粉煤灰的摻入對(duì)SO42–遷移有一定限制作用,而摻入石灰石粉或增大水膠比則有利于SO42–遷移。
  測試了通電過程中溶液和試件內(nèi)溫度變化,采用綜合熱分析(DSC-TG)、傅里葉轉(zhuǎn)換

4、紅外光譜(FT-IR)和 XRD等手段分析了電場對(duì)水泥水化和硫酸鹽侵蝕產(chǎn)物的影響。結(jié)果顯示,通電產(chǎn)生的熱引起試件內(nèi)溫度升高,但該升溫相對(duì)有限,約為1.5~4.9℃,未明顯加速水泥后期水化;短期內(nèi)電場也未改變C-S-H凝膠結(jié)構(gòu)中Si-O鍵的鍵合方式;試件孔溶液中的Ca2+、SO42?和Al(OH)4?等離子因電場作用發(fā)生遷移而數(shù)量減少,引起水泥早期水化和硫酸鹽侵蝕所生成的鈣礬石不穩(wěn)定而有所分解。
  分析了電場作用下外界溶液中 Ca

5、2+濃度與水泥基材料內(nèi)鈣含量變化規(guī)律,借助XRD、SEM-EDS以及孔結(jié)構(gòu)分析(MIP)等微觀測試方法,研究了Ca2+溶出引起的水泥水化產(chǎn)物組成與結(jié)構(gòu)變化。結(jié)果表明,電場加速了水泥基材料內(nèi) Ca2+溶出,試件靠近陰極部位 Ca(OH)2不斷溶解,隨后 C-S-H凝膠開始溶解,內(nèi)部孔隙率和總孔體積增加,試件強(qiáng)度降低。當(dāng)陰極溶液為水時(shí),電場作用90d后試件靠近陰極部位的的 C-S-H凝膠 Ca/Si比下降5.1%~13.5%,孔隙率增幅為2

6、0.9%~27.4%,試件強(qiáng)度下降6.7%~15.6%。
  通過抗壓強(qiáng)度和化學(xué)測試等宏觀方法以及XRD和SEM-EDS等微觀分析,系統(tǒng)研究了電場與硫酸鹽侵蝕共同作用下混凝土的劣化行為與機(jī)理。結(jié)果表明,電場與硫酸鹽侵蝕共同作用下大量SO42–遷入混凝土內(nèi),硫酸鹽侵蝕加快;同時(shí)試件內(nèi)Ca2+不斷溶出,其微觀結(jié)構(gòu)變得疏松多孔,而這又有利于SO42–遷移;因此,該條件下混凝土劣化更為快速,劣化主要來自硫酸鹽侵蝕和溶蝕這兩個(gè)過程,其中硫酸

7、鹽侵蝕占主導(dǎo)地位;電場作用下的硫酸鹽侵蝕速率約為Na2SO4溶液浸泡侵蝕的3.4~4.4倍。
  論文結(jié)果表明,電場加速了水泥基材料硫酸鹽侵蝕,也加劇了水泥基材料的溶蝕破壞。這意味著在富含硫酸鹽環(huán)境中建設(shè)城市軌道交通和應(yīng)用電滲脈沖防潮技術(shù)時(shí)應(yīng)密切關(guān)注電場導(dǎo)致的混凝土結(jié)構(gòu)劣化破壞問題。
  研究結(jié)果亦顯示,電場在加速硫酸鹽侵蝕過程中,未明顯影響水泥水化程度,也未改變C-S-H凝膠中Si-O鍵合方式。因此,可否將電場用于快速評(píng)價(jià)

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