混凝土表面处理对水泥基材料渗透性和微观结构的影响

摘要

混凝土的诸多性能，如渗透性、抗碳化、抗氯离子侵蚀及力学性能等诸多性能均受到表面层质量的影响。低质量的表面层容易开裂，最终导致混凝土的劣化。相较于其他众多保护措施，混凝土表面处理是一种经济且有效地提高混凝土耐久性的方法。许多学者在混凝土表面处理方面做过深入的研究，但绝大部分研究都是基于有机表面处理，很少针对无机表面处理方法。虽然有机表面处理能有效地提高水泥基材料的耐久性，但多是具有挥发性的有机化合物和有机涂层，其在制造及使用过程中易污染空气，且容易在紫外线、高温下老化。鉴于此，本研究围绕氟硅酸盐类、硅酸盐类和碳酸盐类表面处理剂以及CO2表面处理等4大类无机表面处理方法对水泥基材料耐久性和微观结构的影响展开。
　　首先，通过吸水率实验测试了4类无机表面处理方法对水渗透性的影响，此外通过水蒸气渗透性和氯离子迁移系数评价它们对水泥基材料渗透性的影响。结果表明，4类表面处理剂在改善混凝土水渗透性方面均有较好的作用，且氟硅酸盐、硅酸盐和CO2表面处理都能降低水泥基材料的水蒸气渗透性和氯离子迁移系数。此外，大多数无机表面处理剂需要一定的养护时间才能发挥出较好的保护作用。氟硅酸镁需要7d，模数为2的水玻璃需要14d，而模数为3的水玻璃在14d后才能显现其优势。氟硅酸钠预处理不仅能改善水玻璃处理剂的早期效果，还能提高其对于抵抗氯离子侵蚀的能力。碳酸氢钠所需的作用时间较短，但最终处理效果不如碳酸钠处理。对于CO2表面处理，水灰比越低，碳化时间越长，其处理效果越好。并且后期水养对于CO2表面处理的效果也有改善作用。
　　此外，通过热重分析、红外分析和环境扫描电镜等先进测试手段对氟硅酸盐类和硅酸盐类处理剂、碳酸盐表面处理剂以及CO2表面处理等无机表面处理方法对微观结构的影响进行了测试。结果表明，氟硅酸盐和硅酸盐表面处理能降低基体表面层的孔隙率，且降低临界孔径和大于100nm的有害孔比例。经过氟硅酸盐和硅酸盐表面处理后基体表层浆体的化学成分发生变化，氢氧化钙的含量减少，而碳酸钙、C-S-H凝胶和硅凝胶的含量增加并有新的产物生成，其影响深度约3-4mm。其中氟硅酸钠预处理和水玻璃处理的方法对表面层的微观结构改善作用最显著，这是因为氟硅酸钠与水玻璃之间的相互作用能够形成致密的硅胶薄层。对于碳酸盐表面处理，其影响深度约3mm左右，当碳酸钠浓度低于15％时，其孔隙率随着浓度的增加而明显降低，碳化程度和碳酸钙含量随着处理剂浓度的增加而增加，但当浓度高于15％时，孔隙率虽然继续减小，但大孔所占比例增加，且C-S-H含量明显减小。CO2表面处理能够在水泥基材料表面形成1-2mm的致密碳化层，增加了表面致密度;CO2表面处理在试件表面生成了致密的碳酸钙保护层，并再试件表面发现毛绒状的硅胶颗粒。碳酸钙的含量、颗粒大小和结晶度随着CO2表面处理时间的增加而增大。与自然碳化相比，CO2表面处理的水泥砂浆表层仍有C-S-H，并且其含量随着后期水养的进行逐渐增多，并未因碳化而完全失去C-S-H凝胶，导致开裂。

目录

声明

摘要

插图索引

附表索引

第1章 绪论

1．1 研究背景

1．2 研究目的和意义

1．3 研究方法和内容

第2章 文献综述

2．1 表面处理的分类和作用机理

2．1．1 表面涂层

2．1．2 憎水渗透表面处理

2．1．3 毛孔阻塞型表面处理

2．1．4 多功效表面处理

2．2 表面处理对混凝土物理和力学性能的影响

2．3 表面处理对混凝土耐久性的影响

2．3．1 水渗透性

2．3．2 氯离子扩散

2．3．3 抗碳化性能

2．3．4 硫酸侵蚀

2．3．5 冻融破坏

2．4．6 钢筋锈蚀

2．4 表面处理的耐久性和适用性

2．5 表面处理剂的影响因素

2．5．1 透气性

2．5．2 粘结强度

2．5．3 渗透深度／涂层厚度

2．5．4 裂缝桥接性

2．5．5 处理方法和条件

2．6 本章小结

第3章 原材料及实验方法

3．1 主要原材料及其性能

3．1．1 纯硅酸盐水泥

3．1．2 细集料

3．1．3 表面处理剂

3．1．4 CO2气体

3．2 试样制备和养护

3．3 表面处理方法

3．4 试验方法

3．4．1 抗压强度

3．4．2 吸水率

3．4．3 水蒸气渗透性

3．4．4 氯离子电迁移

3．4．5 显微硬度

3．4．6 真空保水法测孔隙率

3．4．7 孔结构测试

3．4．8 热重分析

3．4．9 红外光谱分析

3．4．10 环境扫描电子显微镜

第4章 氟硅酸盐和硅酸盐表面处理

4．1 前言

4．2 氟硅酸盐和硅酸盐表面处理对渗透性的影响

4．2．1 水渗透性

4．2．2 水蒸气渗透性

4．2．3 氯离子渗透性

4．3 硅酸盐表面处理对微观结构的影响

4．3．1 显微硬度

4．3．2 孔结构

4．3．3 化学组成

4．3．4 表面形貌

4．4 本章小结

第5章 碳酸盐表面处理

5．1．前言

5．2 碳酸盐渗透深度

5．3 碳酸盐表面处理对渗透性的影响

5．3．1 水渗透性

5．3．2 水蒸气渗透性

5．3．3 氯离子渗透性

5．4 碳酸盐表面处理对微观结构的影响

5．4．1 孔结构

5．4．2 化学组成

5．4．3 表面形貌

5．5 本章小结

第6章 二氧化碳表面处理

6．1 前言

6．2 作用深度

6．2 强度

6．3 二氧化碳表面处理对渗透性的影响

6．3．1 水渗透性

6．3．2 水蒸气渗透性

6．3．3 氯离子渗透性

6．4 二氧化碳表面处理对微观结构的影响

6．4．1 热重分析

6．4．2 红外光谱

6．4．3 环境扫描电子显微镜

6．5 本章小结

结论与展望

参考文献

致谢

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