活性粉末混凝土抗溶蚀性能试验研究

溶蚀是水工混凝土结构耐久性退化的重要原因之一,设计一种模拟流水冲刷试验装置,在NH_4Cl溶液环境和自来水环境2种水质条件下,对活性粉末混凝土进行为期90 d的溶蚀侵蚀试验,研究活性粉末混凝土溶蚀前后材性的变化规律。试验结果表明:在NH_4Cl溶液环境条件下,溶蚀90 d后溶蚀深度约为10.65 mm;在自来水条件下,溶蚀深度几乎为0,钙溶出量约为0.56 g/L;在NH_4Cl溶液环境条件下,钙溶出量约为3.15 g/L,RPC的抗溶蚀性能约为普通混凝土的6倍;对于RPC试件,6 mol/L的NH_4Cl溶液溶蚀加速倍数约是自来水的52倍;与未溶蚀的RPC试件相比,溶蚀90 d后的RPC抗压强度下降了23%。在室内加速试验研究中,采用6 mol/L的NH_4Cl溶液可以显著提高加速试验效应,缩短试验周期,且保证试验环境安全可靠;活性粉末混凝土更适于在有溶蚀风险的混凝土结构中推广应用。     

粉煤灰对水泥基材料溶蚀性能的影响

为了在较短时间内获得粉煤灰对溶蚀过程中水泥浆体结构演变及其抗溶蚀能力的影响规律,本文使用6MNH4Cl溶液为加速溶蚀溶液,开展了不同粉煤灰掺量的粉煤灰-水泥复合浆体圆柱试件的加速浸泡溶蚀试验,并利用酚酞滴定法、饱水干燥称重法、X射线衍射分析和扫描电子显微镜等测试方法,测试分析了加速溶蚀过程中粉煤灰及其掺量对水泥基材料的溶蚀深度、平均孔隙率、物相组成和微观形貌等溶蚀参数的影响情况。结果表明,同未掺粉煤灰的水泥浆体相比,虽然粉煤灰的掺入增加了水泥浆体的孔隙率,从而加快了浆体的钙溶蚀进程,但粉煤灰的掺加却降低了浆体中氢氧化钙的含量,减少了溶蚀过程中钙离子的溶出量,从而减缓了水泥浆体的溶蚀劣化程度。     

矿渣对粉煤灰–水泥复合浆体溶蚀性能的影响

为了在较短时间内获得矿渣对粉煤灰–水泥复合浆体溶蚀性能的影响规律,本文利用6M NH4Cl溶液,开展了不同矿渣掺量(10%和30%)下水泥净浆和20%粉煤灰–水泥复合浆体圆柱试件的加速溶蚀实验,通过酚酞滴定法、饱水–干燥称重法和扫描电镜(SEM/EDS)等测试,分析了加速溶蚀过程中矿渣掺量对各试件的溶蚀深度、孔隙率、微结构形貌及钙硅比等参数的影响。结果表明,各试件的溶蚀深度、孔隙率和钙硅比随矿渣掺量的增加而减小,且矿渣的掺入,可改善水泥或粉煤灰–水泥复合浆体的微结构,提高其微结构的密实性和C-S-H凝胶的稳定性,减缓粉煤灰–水泥复合浆体的钙溶蚀进程、减轻其钙溶蚀程度,提高了粉煤灰–水泥复合浆体的抗溶蚀性能。     

水泥净浆养护-溶蚀全过程数值模拟

针对材料制备与环境服役过程中水泥基材料的性能演变问题,开展了水泥净浆薄片养护溶蚀全过程中主要物相及微结构演变的定量分析.首先,根据水泥的矿物组成及其水化机理,建立了水泥水化反应的简化模型及其主要水化产物浓度的计算方法;其次,利用Fick定律及质量守恒定律,建立了溶蚀条件下水泥净浆孔溶液中主要离子(K+、Na+、OH-及Ca2+)的传输模型;最后,与已有试验结果对比分析验证了模型的合理性,在此基础上,数值模拟了水泥净浆薄片试件养护溶蚀全过程.结果表明：所建立的模型可定量分析养护溶蚀全过程中水泥净浆孔溶液中主要离子浓度、孔隙率分布及氢氧化钙（CH）、水化硅酸钙（C S H）凝胶浓度的变化规律,且可用于软水环境下水泥基材料抗溶蚀性能的定量设计.     

加速溶蚀条件下铸铁管内衬水泥砂浆的孔结构演变规律

设计了一种用离心工艺制作的内衬水泥砂浆铸铁管试件,采用流动的6mol/L氯化铵溶液对水泥砂浆内衬进行加速溶蚀试验,并利用压汞(MIP)法和X射线断层扫描(X-CT)方法分析了水泥砂浆内衬孔结构的变化.结果表明:加速溶蚀过程中水泥砂浆内衬的孔结构变化明显,溶蚀150d时水泥砂浆内衬中的净浆层孔隙率(体积分数,下同)从溶蚀前的9.57%增加至35.49%,最可几孔径从17.11nm增加到26.30nm,并有少量危害孔(单孔体积大于4×10~(-6) mm~3)出现;溶蚀450d时水泥砂浆内衬中的净浆层孔隙率达到61.54%,并出现大量危害孔;水泥砂浆内衬中的砂浆层孔隙率和危害孔数量随溶蚀时间的增加而增加.     

电导率法测定氯氧镁水泥中醇可抽提氯离子含量

将氯氧镁水泥硬化浆体中除结晶氯氧化物以外的含氯相统称为醇可抽提氯化物,其含量可由电导率法测定的醇可抽提氯离子含量来表征,以作为氯氧镁水泥及其工业制品性能与品质的评价指标.基于物理化学原理和大量试验,建立了氯离子浓度在0.001 0～0.144 0 mol/L范围内时,氯化镁无水乙醇溶液的电导率与氯离子浓度之间的数学关系,并提出了电导率法测定醇可抽提氯离子含量的相关参数和试验步骤.对比电导率法和汞量法的测试结果可以发现,电导率法能精确测定氯氧镁水泥硬化浆体及其工业制品中的醇可抽提氯离子含量,且该方法测试结果可靠、操作简便.     

胶凝材料组成对水泥基材料抗侵蚀性CO2腐蚀的影响

本文主要研究不同胶凝材料组成的净浆抗侵蚀性CO2腐蚀的特性。在水泥中单掺矿渣粉、粉煤灰、钢渣粉及复掺矿渣粉与粉煤灰,制备28d抗压强度相近的净浆（约55MPa）,研究了在温度约为16℃、PH约为4．9、侵蚀性CO。浓度约为270mg／L、水流速为50L／d的地下流动水环境下净浆的劣化特性。结果表明：被腐蚀净浆的腐蚀深度的大小顺序为：掺矿渣＋粉煤灰〉掺矿渣〉掺粉煤灰〉纯水泥〉掺钢渣,而被腐蚀后开裂严重程度的顺序正好与之相反;纯水泥和掺钢渣的净浆碳酸化前线深度与腐蚀时间的二次方根在整个腐蚀龄期内（28d）基本保持线性关系,满足菲克第一扩散定律,而掺矿渣＋粉煤灰、单掺矿渣、单掺粉煤灰的净浆在不同腐蚀阶段的扩散系数不同,早期表层碳酸化阶段扩散速率快,大于纯水泥和掺钢渣的净浆,而中期稳定腐蚀阶段扩散减慢,小于纯水泥和掺钢渣的净浆。     

不同水灰比水泥硬化浆体受软水溶蚀作用后的微结构变化差异

利用MIP、TGA等试验方法对不同水灰比的水泥硬化浆体在软水溶蚀作用下进行研究。结果表明:水泥硬化浆体遭受软水溶蚀后,表现出一定程度的质量损失和微观结构劣化。而低较水灰比的水泥硬化浆体抗软水溶蚀的能力明显强于高水灰比的水泥硬化浆体。高水灰比的水泥硬化浆体在软水溶蚀作用下的质量损失大、Ca(OH)2含量降低快、孔结构劣化明显。     

海砂中有害离子的释出行为

为验证海砂淡化的有效性和海砂氯离子测试方法的准确性,分别将海底砂、淡化砂和滩砂按照1∶5固液质量比加入去离子水、饱和氢氧化钙(Ca(OH)_2)溶液和水泥净浆滤液中,在3 h、1 d、7 d和28 d抽取上部澄清液测试氯离子(Cl~-)、硫酸根离子(SO_4~(2-))、钾离子(K~+)、镁离子(Mg~(2+))和钠离子(Na~+)浓度,结果表明:各种离子的释出量与浸泡介质类型有关;浸泡1 d后Cl~-的释出量比3 h时增加14%～25%,此后趋于稳定,未发现海砂中Cl~-长期不断释出的规律;将海砂磨成粉末(75μm)会降低海砂Cl~-释出量;SO_4~(2-)在饱和Ca(OH)_2溶液和水泥净浆滤液中的释出量随浸泡时间延长而降低,在水泥混凝土内可不考虑海砂中SO_4~(2-)溶出的风险;K~+、Mg~(2+)和Na~+在去离子水中的释出量随浸泡时间延长而趋于稳定。     

碳化作用下固化氯离子失稳特性研究

通过在拌合水中预先引入不同数量的氯离子,成型净浆,由溶出法测试碳化前后自由氯离子含量,并利用X-射线衍射方法(XRD)分析碳化前后净浆物相组成,研究了在碳化作用下固化氯离子的稳定性.结果表明,混凝土中氯离子结合满足Tuutti提出的线性吸附关系;固化氯离子并不牢固,在碳化作用下会释放;当碳化使混凝土的pH值降为11.5时,70％以上的固化氯离子会被释放;矿物掺合料具有提高胶凝材料中固化氯离子稳定性的作用;XRD分析证实了碳化会使水泥石中Friedel盐分解,由此造成固化氯离子的释放.     

硫酸钠溶液腐蚀对固化态氯离子稳定性的影响

采用质量分数为5%的Na_2SO_4溶液浸泡内掺NaCl水泥净浆的方法,研究了水泥净浆中固化态氯离子数量的变化特征,并借助X射线衍射(XRD)、红外光谱(FTIR)和热分析(DTG)等测试技术对该条件下固化态氯离子的失稳机理进行分析.结果表明:固化态氯离子在Na_2SO_4溶液腐蚀环境下易失去稳定性,并重新转变为游离态;Na_2SO_4溶液中硫酸根离子与Friedel盐中氯离子的置换是Friedel盐分解的主要原因,置换过程中所形成的单硫型硫铝酸钙(AFm)转变为钙矾石(AFt),促进了二次AFt的形成;Na_2SO_4溶液腐蚀对Friedel盐的分解作用是混凝土内部固化态氯离子失稳的主要原因,其对C-S-H凝胶固化氯离子稳定性的影响并不显著.     

改性剂对氯氧镁水泥性能影响的试验研究

研究了单掺粉煤灰、磷酸及可溶性磷酸盐复合物以及有机硅憎水剂乳液对氯氧镁水泥力学强度、耐水性能以及可溶出氯离子含量的影响。结果表明,粉煤灰能够改善氯氧镁水泥硬化体的结构形态,提高氯氧镁水泥的力学强度和耐水性;磷酸及可溶性磷酸盐能够延缓镁水泥的水化硬化速度,降低放热温峰,小幅度提高镁水泥的强度,大幅度提高镁水泥的耐水性能,降低可溶出氯离子的含量;有机硅防水乳液可在氯氧镁水泥硬化体内部的毛细管、孔隙、空洞及表面形成憎水硅树脂网络(憎水薄膜),降低材料的表面张力,阻止水的侵蚀,从而大幅度提高镁水泥的耐水性,降低了可溶出氯离子含量。按氧化镁质量的百分比掺加25%的粉煤灰,1.0%的P_2抗水增强剂,1.0%的有机硅憎水乳液,进行复掺改性,三者之间产生协同效应,复掺效果皆比单掺效果佳,对氯氧镁水泥综合性能有很大的提高。     

基于电化学阻抗谱的偏高岭土水泥性能研究

利用电化学阻抗谱、压汞法和抗压强度试验研究了偏高岭土(MK)水泥净浆从早期水化到养护28d的性能发展规律,分析了MK水泥净浆的电化学参数随养护龄期的变化规律,提出了1种同时考虑弥散效应和水泥净浆/电极界面扩散过程的等效电路模型,分析了电化学参数与抗压强度、孔结构参数的关系.结果表明:MK能够促进水泥净浆的水化进程;利用等效电路模型得到的MK水泥净浆电荷转移电阻R_(ct1)能够很好地反映MK水泥净浆的抗压性能;MK水泥净浆的孔隙率与电荷转移电阻R_(ct1)、高频区阻抗模数|Z|_1呈负相关关系.     

氯离子侵蚀下水泥基灌浆料力学性能试验研究

针对青海盐湖地区混凝土结构遭受氯盐的侵蚀破坏的情况,采用长期浸泡法研究了水泥基灌浆料在不同浓度(10%,15%,20%) Na Cl溶液下的抗氯离子侵蚀力学性能,从强度耐蚀系数(抗折耐蚀系数、抗压耐蚀系数)及氯离子侵蚀深度两方面对水泥基灌浆料抗氯离子侵蚀性能进行了分析研究。试验结果表明,在相同浓度的Na Cl盐溶液及水泥基灌浆料配合比下,水泥基灌浆料试件随着浸泡时间的增长,其抗折耐蚀系数和抗压耐蚀系数呈现出先缓慢增大后大幅度降低的趋势;随着Na Cl盐溶液浓度的增加,浸泡9个月的水泥基灌浆料的抗压耐蚀系数降低了4. 1%;水泥基灌浆料试件的氯离子侵蚀深度随浸泡时间的增加而增加,浸泡至9个月后,氯离子侵蚀速率减缓趋于稳定,试件氯离子侵蚀深度的增长率仅为2. 6%。在此基础上,对抗氯离子侵蚀性能最好的NJ3试件在15%Na Cl溶液下进行冻融循环试验,结果表明,随着冻融循环次数的增加,NJ3试件的氯离子侵蚀深度逐渐增加,在75次冻融循环后,氯离子侵蚀深度的增长速率有所降低,200次冻融循环试验之后,NJ3试件的氯离子侵蚀深度为4. 35mm。     

碱激发矿渣净浆对氯离子的固化作用

为研究氯盐浸泡液pH值、激发剂种类对碱激发矿渣(AAS)净浆氯离子固化量的影响规律,采用氯盐暴露-平衡法、X射线衍射(XRD)、热分析(TGA-DSC)、扫描电镜(SEM)等分析了AAS净浆在氯盐浸泡前后的水化产物种类及微观形貌,同时对AAS净浆固化氯离子中的物理吸附和化学结合作用进行了量化评价.结果 表明:AAS净浆的氯离子固化量随着氯盐浸泡液pH值的增大而降低;水玻璃激发矿渣(WAS)净浆固化氯离子的能力大于NaOH激发矿渣(NAS)净浆;AAS净浆对氯离子的固化作用不仅包括物理吸附作用,还包括少量化学结合作用;氯离子固化过程中的物理吸附作用在NAS、WAS和普通硅酸盐水泥净浆中均占50％以上.     

氯离子对无机聚合物和硅酸盐水泥水化特性和硬化浆体性能的影响

研究了内掺氯离子对无机聚合物和硅酸盐水泥基本性能的影响,以及其硬化浆体对氯离子的固化特性及机理分析。结果表明:氯离子引入对无机聚合物及硅酸盐水泥的标准稠度用水量影响不大,对无机聚合物有缓凝作用,对硅酸盐水泥有促凝作用;氯离子对无机聚合物胶砂的抗压强度影响不明显,能提高硅酸盐水泥胶砂的早期抗压强度,但都能降低两种胶凝材料的抗折强度;内掺氯离子不改变无机聚合物和硅酸盐水泥的水化特性,但会改变放热峰的峰值及出峰时间;当水胶比一定时,无机聚合物与硅酸盐水泥硬化浆体对氯离子的固化能力总体的变化趋势表现为随龄期的增加而提高,随NaCl掺量的增加而下降,无机聚合物对氯离子的固化率低于硅酸盐水泥硬化浆体的原因是没有形成Friedel′s盐,仅仅由水化形成的C-S-H凝胶吸附氯离子。     

水泥砂浆表层溶蚀-冲刷腐蚀失效过程的试验研究

先利用1 mol/L NH4Cl溶液对水泥砂浆环形试件进行静水溶蚀，通过酚酞滴定法和扫描电子显微镜（SEM/EDS）测试溶蚀过程中水泥砂浆试件的溶蚀深度和表层钙硅比，用于表征试件表层的静水溶蚀损伤程度；然后采用自行设计制作的水中水泥砂浆环形试件自旋转冲刷腐蚀装置开展经静水溶蚀的环形试件在不同流速条件下的冲刷试验，以质量损失速率表征水泥砂浆表层冲刷腐蚀性能，分析静水溶蚀损伤程度和流速对试件损伤失效过程及冲刷腐蚀性能的影响。结果表明，在静水溶蚀过程中，试件的溶蚀深度与浸泡时间的平方根成线性关系，表层钙硅比随浸泡时间的增加而减小；在水流冲刷过程中，试件表面剪应力与流速的1.8次方呈线性关系，试件的质量损失速率随流速和表层静水溶蚀损伤程度的增加而增大，且静水溶蚀损伤程度越大，质量损失速率增加越显著。     

流化床气相沉积法改性粉煤灰及其水化特征

采用流化床气相沉积法,将NaOH,Na_2SO_4等改性材料进行雾化,沉积于粉煤灰颗粒表面.采用扫描电子显微镜(SEM)及傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)分析了改性材料结晶特征及其对粉煤灰的溶蚀机理,测试并分析了改性粉煤灰-水泥净浆、改性粉煤灰-水泥砂浆的强度发展,同时通过SEM,X射线衍射(XRD)研究了改性粉煤灰-水泥净浆水化进程.结果表明:NaOH可以与粉煤灰发生溶蚀反应,使其中的Si—O键断裂,粉煤灰的水化活性得以提高;Na2SO_4在粉煤灰表面晶粒尺寸更小、分布更均匀,并能在水化过程中存留于粉煤灰表面,促进了粉煤灰及其附近水泥熟料的水化;采用流化床气相沉积法,上述两种改性材料均可提高粉煤灰颗粒与水泥基体的锚固力,促进水泥石强度发展;当NaOH和Na2SO_4掺量(质量分数)分别为0.23%,1.17%时,水泥净浆和砂浆强度显著提高,并高于同等掺量下用传统化学激发法制备的水泥净浆和砂浆强度.     

高强度水泥净浆的氯离子渗透性能试验研究

针对青海盐湖地区特定的自然环境,以水(卤水)、水泥、膨胀剂、高效减水剂为原材料,成功配制出了具有高强度、高流动度、良好抗氯离子侵蚀能力的高强度水泥净浆。试验结果表明,在常温养护下,水灰比在0.32~0.4之间时,各组试件均可达到较高的抗折强度和抗压强度,而且具有良好的抗氯离子侵蚀能力,但采用卤水配制高强度水泥净浆时会引起流动度不佳。因此,采用卤水配制高强度水泥净浆时,需对水灰比范围进行适度调整,调整后的水泥净浆在28d后仍然能够使其抗折强度达到7MPa以上和抗压强度达到40MPa以上,且抗氯离子侵蚀能力基本不变。     

掺Na_2HPO_4·12H_2O的磷酸铵镁水泥净浆性能研究

为改善磷酸铵镁水泥(MAPC)净浆性能,采用Na_2HPO_4·12H_2O取代部分NH_4H_2PO_4,与重烧氧化镁、硼砂、水制成含Na_2HPO_4·12H_2O的新型MAPC。通过测试pH值、水化温度、凝结时间、抗压强度,并对硬化体进行热重、XRD、SEM等微观分析发现,掺入适量的Na_2HPO_4·12H_2O可以降低浆体的初始温度、反应液最低温度及pH值,延长MAPC净浆的凝结时间,大幅提高MAPC净浆硬化体的早期抗压强度,对60 d抗压强度也有一定的改善作用,其中Na_2HPO_4·12H_2O掺量为15%时对抗压强度的改善作用最明显。