卤水侵蚀对水泥粉煤灰复合浆体微结构的影响

摘要

西部卤水环境会导致混凝土性能退化甚至结构破坏，使混凝土服役寿命大幅缩短。混凝土胶凝浆体作为其基本单元，决定了混凝土的力学性能和耐久性能，因此探明卤水中Cl-、SO42-、Mg2+等侵蚀性离子对混凝土胶凝浆体的水化产物组成及浆体微结构的影响机理，可为西部卤水侵蚀环境下混凝土的设计提供依据。本文依托国家“973”计划项目“严酷环境下混凝土材料与结构长寿命的基础研究”(2015CB655100)，采用XRD、SEM-EDS、29Si、27Al NMR和BET氮气吸附等测试技术，研究了Cl-、SO42-、Mg2+离子单独或耦合侵蚀对C-(A)-S-H凝胶微结构的影响规律，并在此基础上研究了卤水侵蚀对水泥粉煤灰复合胶凝浆体中的水化产物组成、含铝相产物转变以及C-S-H凝胶微结构的影响规律。得出如下主要结论： （1）NaCl侵蚀对C-(A)-S-H凝胶微结构影响较弱；NaCl+NaSO4侵蚀导致C-(A)-S-H凝胶微结构发生显著演变，NaCl+NaSO4的侵蚀下C-S-H凝胶Ca/Si和Al[4]/Si降低和MCL增大主要为SO42-侵蚀作用。NaCl+MgSO4侵蚀C-(A)-S-H凝胶时，C-(A)-S-H凝胶的Ca/Si和Al[4]/Si降低幅度较NaCl+NaSO4侵蚀时大，C-(A)-S-H凝胶部分转变成具有支链结构的M-S-H，Mg2+和SO42-耦合侵蚀比SO42-侵蚀对C-(A)-S-H凝胶微结构的影响显著。 （2）低Ca/Si和掺入Al的C-(A)-S-H凝胶在NaCl、NaCl+NaSO4或NaCl+MgSO4侵蚀下其微结构参数(Ca/Si降低、MCL增加和Al[4]/Si降低)变化幅度均较高Ca/Si和未掺Al的C-S-H凝胶小，降低Ca/Si和Al掺杂可削弱SO42-单独侵蚀和Mg2+与SO42-耦合侵蚀对C-(A)-S-H凝胶的脱铝、脱钙作用，提高C-(A)-S-H凝胶在SO42-和Mg2+侵蚀下热力学稳定性。 （3）SO42-侵蚀导致C-(A)-S-H凝胶的平均孔径、累积孔容和比表面积减小；低Ca/Si和Al掺杂的C-(A)-S-H凝胶在SO42-侵蚀下，平均孔径、累积孔容和比表面积减小程度比高Ca/Si和未掺杂Al的C-S-H凝胶的减小程度要小，降低Ca/Si或Al掺杂可削弱SO42-侵蚀对C-(A)-S-H凝胶孔结构的影响。SO42-侵蚀C-(A)-S-H凝胶导致其对Cl-吸附量降低。 （4）相比同龄期水中养护，卤水侵蚀可提高胶凝浆体中水泥和粉煤灰的水化程度，降低胶凝浆体中Ca(OH)2、AFm和TAH含量，增加AFt和Friedel盐生成量；卤水侵蚀可导致C-(A)-S-H凝胶Ca/Si降低，硅氧四面体聚合度增加、MCL增大，处于硅氧链上桥位置Al[4]量减小，Al[4]/Si下降，上述C-(A)-S-H凝胶微结构参数变化幅度随着卤水侵蚀龄期的延长而增大，卤水侵蚀可导致胶凝浆体中C-(A)-S-H凝胶微结构发生显著演变。 （5）在水中养护和卤水侵蚀下，随着粉煤灰掺量增加，胶凝浆体中C-(A)-S-H凝胶的Ca/Si降低，Al[4]/Si增大，MCL增大。相比水中养护，卤水侵蚀导致胶凝浆体中C-(A)-S-H凝胶的Ca/Si和Al[4]/Si均降低，MCL增大，其变化幅度随着粉煤灰掺量的增加而减小，粉煤灰可削弱卤水侵蚀对胶凝浆体中C-(A)-S-H凝胶脱铝、脱钙作用，提高卤水侵蚀下胶凝浆体中C-(A)-S-H凝胶的热力学稳定性。卤水侵蚀下，随着粉煤灰掺量增加，Ca(OH)2和AFt生成量减小，Friedel盐生成量增加，粉煤灰可以提升卤水侵蚀条件下浆体的Cl-固化能力和抗硫酸盐侵蚀能力。 （6）在卤水侵蚀下，随着水胶比的增大，水泥粉煤灰胶凝浆体中Friedel盐、CaSO4·2H2O和AFt生成量增多，C-A-S-H凝胶中处于硅氧链桥位置Al[4]向AFt和Friedel盐中的Al[6]转变，Al[4]/Si降低，C-A-S-H凝胶的硅氧四面体聚合度和MCL增大，C-A-S-H凝胶脱铝、脱钙严重，降低水胶比可削弱卤水导致胶凝浆体中C-A-S-H凝胶微结构演变和含铝相水化产物的转变程度。 本文研究成果为探明西部卤水侵蚀环境下混凝土胶凝浆体微结构形成、演变与性能退化机理奠定了基础。

目录

声明

第1章 绪论

1.1研究背景与意义

1.2水化硅酸钙微结构研究现状

1.2.1 C-S-H凝胶组成与结构

1.2.2 Al掺杂对C-(A)-S-H结构影响

1.2.3 离子侵蚀对C-(A)-S-H微结构影响

1.2.4 C-(A)-S-H的Cl-的吸附性能研究

1.3离子侵蚀对混凝土胶凝浆体组成与结构影响的研究进展

1.3.1粉煤灰对胶凝浆体水化和微结构的影响

1.3.2离子侵蚀对复杂胶凝浆体微结构的影响

1.3.3 功能组分对离子侵蚀环境下胶凝浆体微结构的调控

1.4 研究内容与技术路线

第2章 离子侵蚀对C-(A)-S-H凝胶微结构的影响

2.1 原材料与试验方法

2.1.1 原材料

2.1.2 样品制备与试验方案

2.1.3 测试方法及原理

2.2 离子侵蚀对C-S-H凝胶微结构的影响

2.2.1 离子侵蚀对C-S-H凝胶Ca/Si的影响

2.2.2 离子侵蚀对C-S-H凝胶聚合度的影响

2.3 离子侵蚀对铝掺杂C-A-S-H凝胶微结构的影响

2.3.1 离子侵蚀对铝掺杂C-A-S-H凝胶Ca/Si的影响

2.3.2 离子侵蚀对铝掺杂C-A-S-H凝胶聚合度的影响

2.3.3 离子侵蚀对铝掺杂C-A-S-H凝胶Al3+配位分布的影响

2.4 离子侵蚀对C-(A)-S-H的孔结构及其Cl-吸附性能的影响

2.4.1 离子侵蚀对C-(A)-S-H的孔结构的影响

2.4.2 离子侵蚀对C-(A)-S-H的Cl-吸附性能的影响

2.5 本章小结

第3章 卤水侵蚀对水泥粉煤灰胶凝浆体的影响

3.1 原材料与试验方法

3.1.1 原材料

3.1.2 试验方案设计

3.1.3 试验方法

3.2 粉煤灰掺量对卤水侵蚀水泥粉煤灰浆体微结构的影响

3.2.1 粉煤灰掺量对卤水侵蚀下胶凝浆体水化产物组成的影响

3.2.2 粉煤灰掺量对卤水侵蚀下胶凝浆体含Al相水化产物的影响

3.2.3 粉煤灰掺量对卤水侵蚀下胶凝浆体水化程度的影响

3.2.4 粉煤灰掺量对胶凝浆体中C-S-H凝胶MCL和Al[4]/Si的影响

3.3 水胶比对卤水侵蚀水泥粉煤灰浆体微结构的影响

3.3.1 水胶比对卤水侵蚀下胶凝浆体水化产物组成的影响

3.3.2 水胶比对卤水侵蚀下胶凝浆体含Al相水化产物的影响

3.3.3 水胶比对卤水侵蚀下胶凝浆体水化程度的影响

3.3.4 水胶比对胶凝浆体中C-S-H凝胶MCL和Al[4]/Si的影响

3.4 侵蚀龄期对卤水侵蚀水泥-粉煤灰浆体微结构的影响

3.4.1 侵蚀龄期对胶凝浆体水化产物组成的影响

3.4.2 侵蚀龄期对胶凝浆体含Al相水化产物的影响

3.4.3 侵蚀龄期对胶凝浆体水化程度的影响

3.4.4 侵蚀龄期对胶凝浆体中C-S-H凝胶的MCL和Al[4]/Si的影响

3.5 本章小结

第4章 盐结晶抑制剂对卤水侵蚀下水泥粉煤灰胶凝浆体微结构的影响

4.1 原材料与试验方法

4.1.1 原材料

4.1.2 试验方案设计

4.1.3 试验方法

4.2 盐结晶抑制剂对水泥粉煤灰浆体水化放热的影响

4.3 盐结晶抑制剂对水泥粉煤灰浆体水化产物组成的影响

4.4 盐结晶抑制剂对水泥粉煤灰浆体中C-S-H微结构的影响

4.4.1 胶凝浆体含Al相水化产物中Al3+配位状态分布

4.4.2 胶凝浆体水化程度

4.4.3 胶凝浆体中C-S-H凝胶MCL和Al[4]/Si

4.5 本章小结

第5章结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

致谢

参考文献

硕士期间发表论文及参研项目