水泥基材料碳硫硅鈣石型硫酸鹽侵蝕(Thaumasite form of sulfate attack:TSA)是一種和硫酸鹽、碳酸鹽都密切相關(guān)的硫酸鹽侵蝕,其直接侵蝕破壞水泥水化產(chǎn)物中的C-S-H凝膠,將C-S-H凝膠轉(zhuǎn)變?yōu)槭フ辰Y(jié)能力的泥狀物質(zhì)。近年來,各種石灰石質(zhì)的材料在水泥混凝土中廣泛應(yīng)用,特別是石灰石粉作為水泥基材料的礦物摻合料及水泥混合材的應(yīng)用,其摻量最多可達(dá)40%,這對(duì)于水泥混凝土結(jié)構(gòu)的安全性無疑是一個(gè)巨大的潛在威脅。目前無論是在實(shí)驗(yàn)室還是在工程領(lǐng)域,尚沒有合適的水泥基材料TSA侵蝕的快速試驗(yàn)方法。在實(shí)驗(yàn)室目前常用的是低溫硫酸鹽全浸泡試驗(yàn)方法,全浸泡試驗(yàn)方法中碳硫硅鈣石的生成通常需要至少一年的時(shí)間,發(fā)生TSA侵蝕到試件破壞則通常需要兩年以上的時(shí)間,無法實(shí)現(xiàn)快速檢測和試驗(yàn)。電場用于加速水泥基材料離子遷移和化學(xué)反應(yīng)等已有較為廣泛的研究,因此,本文利用電場來加速水泥基材料的TSA侵蝕,主要研究了電場加速水泥基材料TSA侵蝕行為及侵蝕機(jī)理,為后續(xù)電場作為加速方法的應(yīng)用奠定理論基礎(chǔ)。主要研究內(nèi)容及結(jié)果如下所示:(1)通過試件外觀破壞等級(jí)、紅外吸收光譜、拉曼散射光譜和XRD物相分析對(duì)比研究了電場陰極Na_2SO_4溶液-陽極MgSO_4溶液、Na_2SO_4溶液全浸泡和MgSO_4溶液全浸泡三組水泥基材料試件的TSA侵蝕行為,結(jié)果表明電場能夠在不改變侵蝕行為的前提下明顯加速水泥基材料TSA侵蝕,其加速效果是全浸泡環(huán)境下的4~6倍。(2)通過設(shè)置電場陰陽極清水通電、飽和Ca(OH)_2溶液通電以及陰陽極飽和Ca(OH)_2Na_2SO_4溶液通電研究了電場對(duì)于水泥基材料內(nèi)部穩(wěn)定性的影響,結(jié)果表明在沒有侵蝕介質(zhì)存在的條件下,電場對(duì)于水泥基材料試件的水化無明顯影響,當(dāng)無離子遷出時(shí)試件內(nèi)堿度以及試件內(nèi)的鈣含量幾乎沒有變化;當(dāng)有侵蝕介質(zhì)存在時(shí),試件則會(huì)快速劣化。電場的主要作用是通過加速侵蝕介質(zhì)遷移進(jìn)入試件內(nèi)部來加快試件的侵蝕劣化。(3)通過測試侵蝕齡期內(nèi)試件的微觀組成結(jié)構(gòu)、試件內(nèi)部的堿度變化以及離子濃度分布對(duì)比研究了電場環(huán)境和全浸泡環(huán)境下水泥基材料試件的TSA侵蝕機(jī)理,兩種環(huán)境下試件具有類似的侵蝕機(jī)理,先生成鈣礬石和石膏,然后以間接轉(zhuǎn)換機(jī)理為主由鈣礬石轉(zhuǎn)換生成碳硫硅鈣石,在TSA侵蝕明顯發(fā)生以后則是以直接反應(yīng)機(jī)理為主由硫酸鹽、碳酸鹽與C-S-H凝膠直接反應(yīng)生成碳硫硅鈣石。(4)比較兩種環(huán)境下水泥基材料TSA侵蝕行為和侵蝕機(jī)理的研究,確定了水泥基材料發(fā)生TSA侵蝕的重要影響因素以及所需的邊界條件,即,pH值和Ca/S比滿足以下范圍時(shí):10.60pH11.75,4.00Ca/S6.35,水泥基材料試件開始生成泥狀物質(zhì),發(fā)生明顯的TSA侵蝕。同時(shí)也提出了水泥基材料侵蝕劣化的模型,將侵蝕劣化分為三個(gè)階段,并定性和定量的給出了每個(gè)侵蝕劣化階段對(duì)應(yīng)的破壞特點(diǎn)和邊界條件。(5)通過試件外觀破壞等級(jí)、紅外吸收光譜、拉曼散射光譜以及XRD物相分析研究了電場環(huán)境下水泥基材料TSA侵蝕的影響因素并確定了加速侵蝕破壞適宜的試驗(yàn)組合:電場采用電壓30V、周期20s的脈沖電場,電場侵蝕溶液為陰極Na_2SO_4溶液-陽極MgSO_4溶液,試驗(yàn)溫度為5℃。論文結(jié)果表明,電場能夠明顯加速水泥基材料的TSA侵蝕。電場的加速并未改變水泥基材料的TSA侵蝕過程和機(jī)理,侵蝕過程和機(jī)理與全浸泡環(huán)境下類似,電場的主要作用在于加速更多的侵蝕介質(zhì)進(jìn)入試件內(nèi)部。
【學(xué)位單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TU528
【部分圖文】：

400 600 800 1000 1200Raman shift/cm-1T12圖 1.2 某工程硫酸鹽侵蝕產(chǎn)物鑒定Fig. 1.2 The identification of the degradation products in an engineering project四川西充某攪拌站標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室內(nèi)留置一年半的 C30 混凝土試塊，該混凝土合比中使用了 25%摻量的粉煤灰，根據(jù)攪拌站總工描述該粉煤灰中含有大量的灰石粉和硫化廠鍋爐渣，試件存放在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室內(nèi)有充足的水分，在一年半的間內(nèi)試塊被完全破壞，其破壞后外觀形貌見圖 1.3。對(duì)侵蝕產(chǎn)物進(jìn)行取樣微觀鑒分析，結(jié)果如圖 1.4 所示。

1 緒 論鈣石的形成與 C3A 之間的關(guān)聯(lián)性將在下文中討論。大部分的實(shí)際案列凝土遭受破壞后，其微觀結(jié)構(gòu)中往往是共存鈣礬石和碳硫硅鈣石。碳硫硅鈣石的形成過程如圖 1.5 所示[53, 54]，碳硫硅鈣石的間接形成過程在于鈣礬石的八面體晶體結(jié)構(gòu)為碳硫硅鈣石的形成搭建了骨架[58]。此鈣石的形成是一個(gè)連續(xù)過程，即便當(dāng)鈣礬石消耗殆盡時(shí)，碳硫硅鈣石形成[58]。碳硫硅鈣石的形成過程中依賴于碳酸鹽的存在，甚至是大氣中在，通過直接反應(yīng)機(jī)理提供足夠的碳酸鹽參與反應(yīng)。內(nèi)部或者外部的硫酸鹽，以及鈣離子的浸出直接反應(yīng)機(jī)理與 C-S-H 凝膠直接反應(yīng)碳酸鹽或者碳消耗氫氧化鈣

圖 1.6 穩(wěn)態(tài)電遷移法示意圖Fig. 1.6 The sketch of steady state electric migration method，非穩(wěn)態(tài)電遷移方法也被廣泛研究和應(yīng)用。非穩(wěn)態(tài)電離子非穩(wěn)態(tài)電遷移的一種方法，用試驗(yàn)期間測得的氯的擴(kuò)散性。該方法采用 50 mm 厚的圓柱體試件，試密封好的試件放置在浸沒于氯源溶液(含有 NaCl 的飽上。支撐設(shè)計(jì)成傾斜的，以便排出試驗(yàn)期間負(fù)極板上試件 2 端加上 30～40V 的直流電壓，一直加到規(guī)定的的溫度和電流.試驗(yàn)之后，圓柱體試件沿軸方向劈成深度，另一半用于測定不同深度處的總氯離子含量。方程可計(jì)算氯離子的擴(kuò)散性。

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前7條

1 肖佳;孟慶業(yè);馬保國;王迎斌;;Ca~(2+)促進(jìn)碳硫硅鈣石的形成[J];建筑材料學(xué)報(bào);2015年03期

2 王沖;于超;羅遙凌;劉俊超;;不同侵蝕條件下水泥基材料碳硫硅鈣石生成速度比較[J];同濟(jì)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2015年05期

3 王沖;羅遙凌;于超;殷吉強(qiáng);;電脈沖作用下水泥基材料硫酸鹽侵蝕行為與機(jī)理[J];湖南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2014年12期

4 黃謙;王沖;楊長輝;周立民;殷吉強(qiáng);;電脈沖作用下水泥基材料硫酸鹽侵蝕的影響因素[J];東南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2014年05期

5 胡晨光;丁慶軍;胡曙光;封孝信;;變溫下SO_2~(-4)對(duì)水泥硬化漿體中Al~(3+)配位分布的影響[J];功能材料;2014年02期

6 何真;王磊;邵一心;蔡新華;;脫鈣對(duì)水泥漿體中C-S-H凝膠結(jié)構(gòu)的影響[J];建筑材料學(xué)報(bào);2011年03期

7 金雁南;周雙喜;;混凝土硫酸鹽侵蝕的類型及作用機(jī)理[J];華東交通大學(xué)學(xué)報(bào);2006年05期

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前4條

1 鄭雨佳;膠凝材料中鋁相對(duì)碳硫硅鈣石型硫酸鹽侵蝕的影響[D];重慶大學(xué);2017年

2 于超;電場作用下水泥基材料TSA影響因素研究[D];重慶大學(xué);2016年

3 殷吉強(qiáng);電脈沖對(duì)水泥水化及硫酸鹽侵蝕反應(yīng)的影響[D];重慶大學(xué);2015年

4 張靖;水泥基材料碳硫硅鈣石型硫酸鹽侵蝕影響因素研究[D];重慶大學(xué);2009年

本文編號(hào)：2825082