环境水侵蚀下水泥净浆钙溶蚀的模拟与验证

钙溶蚀是导致水环境中混凝土等水泥基材料耐久性退化的重要原因之一。为获得软水环境下水泥净浆的钙溶蚀过程, 首先, 基于Fick定律及质量守恒定律, 利用钙溶蚀过程中材料骨架内固体钙含量和孔溶液中钙离子浓度之间的化学平衡关系及Newton边界条件, 建立软水环境下水泥净浆的钙溶蚀模型, 并通过有限差分法, 对该模型进行数值求解; 其次, 进行不同水灰比的水泥净浆试件在6M NH₄Cl溶液中的加速钙溶蚀试验, 测定该溶液中各水泥净浆试件在不同溶蚀时间的钙硅比与孔隙率, 并将所建立模型的计算结果与实测结果进行对比分析, 验证模型的合理性; 最后, 利用验证后的钙溶蚀模型, 数值分析了环境水侵蚀下水泥净浆薄板孔溶液中钙离子浓度、固体钙含量及孔隙率的时空分布规律。结果表明, 模型的计算结果与试验测试结果基本一致; 溶蚀前期, 试件中固体钙含量下降速度和孔隙率增加速率均较大, 溶蚀后期, 试件固体钙溶蚀速率和孔隙率的增加速率逐渐减小。     

低速水流作用下水泥砂浆溶蚀特性研究

为在较短时间内获得低速水流作用下流速对水泥砂浆等水泥基材料溶蚀特性的影响规律,采用1 mol/L NH₄Cl溶液作为流水腐蚀介质,开展了室温(25 ℃)环境下水灰比为0.45的水泥砂浆圆柱体试件在0, 0.5, 1.0和2.5 m/s流速下的加速溶蚀试验,并通过酚酞滴定、干燥称重法、扫描电子显微镜(SEM/EDS)、X射线衍射法(XRD)等测试方法,分析了腐蚀前和腐蚀15,30和60 d时水泥砂浆试件的溶蚀深度、孔隙率、物相组成和微结构的演变规律。结果表明,试件的溶蚀深度和孔隙率均随腐蚀时间和流速的增加而增加;浸泡(0 m/s)条件下,试件的溶蚀深度与腐蚀时间平方根呈线性关系,且随着流速的增加,溶蚀深度与腐蚀时间平方根关系趋于非线性;水泥砂浆溶蚀区粉末样品的CSH凝胶等物相衍射峰强度随流速的增加而降低;随流速的增加,水泥砂浆内氢氧化钙、CSH凝胶等溶蚀加快,其微结构劣化程度加剧。     

溶蚀作用下硅酸三钙水化产物微结构演变机理研究

处于水下区的大坝混凝土由于钙离子溶出易遭受溶蚀破坏,从而造成水泥水化产物脱钙溶解,进而导致大坝混凝土性能劣化失效。为深入揭示大坝混凝土溶蚀劣化机理,有必要厘清溶蚀作用下水泥水化产物形貌与微结构的演变规律。硅酸三钙(C₃S)是水泥的主要矿物相,其水化产物特性对水泥及混凝土性能影响显著。为此,本研究制备了高纯度C₃S单体,加水水化后浸泡在不同浓度氯化铵溶液中模拟水泥水化产物的加速溶蚀,并结合热重分析、核磁共振、扫描电镜、氮吸附等微观测试方法对其溶蚀前后产物的组成、微纳观结构与形貌进行表征。结果表明硅酸三钙水化产物与氯化铵溶液发生中和反应,溶液的pH值升高;氯化铵浓度越大,反应后溶液的pH值相对越低、水化产物脱钙程度越大,证实了溶蚀程度与环境条件密切相关;溶蚀减少了水化产物中水化硅酸钙凝胶中的化学结合水含量,使硅链结构发生聚合、孔隙结构被粗化并加剧水化硅酸钙凝胶的空心程度,且结构和形貌变化程度随溶蚀程度的增加而增大,从微纳观尺度为揭示混凝土溶蚀机理提供了依据。     

水工碾压混凝土渗透溶蚀特性研究

研究了在软水渗透的情况下,水工碾压混凝土的渗透溶蚀特性。首先通过对水泥净浆和水泥砂浆的渗透溶蚀试验,得出水泥基材料中渗透溶蚀的主要途径是硬化水泥浆体。其次通过对不同粉煤灰掺量、不同外加剂掺量的水工碾压混凝土的渗透溶蚀试验,得出影响混凝土渗透溶蚀性能的最重要因素是混凝土的渗透系数,并在此基础上探讨了渗透溶蚀的稳定性及耐久性。     

粘土水泥注浆材料抗水溶蚀特性试验研究

文章通过大样本浸泡试验,选用粘土水泥膏浆、粘土水泥稳定浆液及相同水灰比、水固比的纯水泥试件,分别在纯水和某工程地下水中浸泡,测量各浸泡溶液的CaO溶出量情况,研究粘土水泥浆材的抗水溶蚀性能,评价粘土水泥浆材的耐久性能。试验结果表明,粘土水泥膏浆抗溶蚀性能优于粘土水泥稳定浆液,稳定浆液抗溶蚀性能优于同水固比的纯水泥试件,即粘土水泥浆材的耐久性更好。     

浆砌石坝体溶蚀评价及防治对策探讨

溶蚀导致浆砌石坝体材料强度降低、孔隙率增大、渗漏严重，对大坝安全构成威胁。本文探讨了砂浆的溶蚀机理，提出了根据水质分析和侵蚀性评价、强度检测、水泥浆体成分分析和其中钙离子的溶出量分析等方法来评价浆砌石坝溶蚀程度的方法。在运用该方法对广东省某浆砌石坝进行溶蚀的危害程度评价时发现该工程环境水具有软水的溶出型侵蚀、泛酸型侵蚀和碳酸型侵蚀，部分水样达到强腐蚀等级。同时，砂浆抗压强度低、孔隙率大，水泥浆体中的钙离子含量偏低，随渗漏水流失的钙离子数量巨大，因此，溶蚀已经对坝体材料造成了一定的破坏，且这种影响随时间而增大。最后提出在上游面作防渗层并用改性水泥砂浆和净浆进行灌浆防渗补强处理的防治对策。     

水泥基材料溶出性侵蚀特性研究

采用化学分析及XRD衍射图谱方法对不同水胶比、不同溶蚀历时的水泥净浆试件进行了试验研究,并对水泥净浆试件的耐久年限以及抗压强度与Ca(OH)_2的累积溶出比例的关系进行了分析。结果表明:在软水溶蚀环境下,水泥净浆中的Ca~(2+)持续溶出,试件中Ca(OH)_2的累积溶出比例极限值约为总量的30%~40%,水泥浆试件抗压强度达到显著降低时的年限与水胶比密切相关,水泥基材料抗压强度与Ca(OH)_2累积溶出比例的关系可以近似用线性关系拟合。     

大掺量矿物掺和料对水泥硬化浆体孔结构的影响

优良的孔结构是现代水泥基材料高强度和高耐久性的必需条件.通过压汞法(MIP)对含有大掺量矿物掺和料的硬化水泥浆体孔结构进行了研究.结果表明,大掺量矿物掺和料的掺入使得水泥硬化浆体的早期孔隙率增加,大孔较多;随着龄期的延长,含有大掺量矿物掺和料的样品微观结构明显得到改善,孔隙率均有不同程度地降低;含有矿渣硅灰的样品90 ...     

水泥－粉煤灰－矿渣粉三元胶凝体系体积稳定性的研究

研究了不同胶凝材料体系水泥浆体的体积收缩变形特性。试验结果表明：水泥品种与细度是影响硬化浆体体积稳定性的主要因素,水泥细度越大,硬化浆体的体积稳定性越差,低热（高贝利特）硅酸盐水泥浆体的体积稳定性优于中热硅酸盐水泥;矿物掺和料的掺入使得胶凝材料的体积稳定性变得复杂,优质的矿物掺和料能够降低硬化浆体的收缩;水泥－粉煤灰二元胶凝体系的体积稳定性优于水泥－粉煤灰－矿渣粉三元胶凝体系。     

水泥基材料的溶蚀劣化研究进展与评述

溶蚀是水泥基材料与软水长期接触而引起水泥石脱钙造成微结构劣化和宏观性能降低的一种化学腐蚀,已成为水泥基材料最常见的劣化问题之一。简述了国内外水泥基材料溶蚀研究现状,重点论述了溶蚀特性,并讨论了其劣化过程和介绍了相关溶蚀模型;同时,特别指出了目前溶蚀研究中小孔对溶蚀进程的影响、粉煤灰抗溶蚀临界掺量、C-S-H脱钙起点等争议性问题,并对相关问题提出了个人见解。此外归纳了溶蚀劣化机理、基础研究理论、表征参数间的定量关系以及掺合物临界掺量等有待进一步研究的问题,以为有志于溶蚀研究的学者提供科研方向。     

硬化水泥石热膨胀性能的调节及其机理研究

研究了水灰比和矿物掺合料对硬化水泥石在20℃～85℃热膨胀性能的影响,并进行了机理分析。研究结果表明：水泥石的热膨胀率和热膨胀系数随着水灰比的增大而减小;粉煤灰和矿粉均可有效降低水泥石的热膨胀性能,其降低程度随掺量的增大而增大;当矿物掺合料掺量相同时,粉煤灰水泥石的热膨胀率及热膨胀系数略低于矿粉水泥石。通过观察水泥石微观形貌和测定水泥石孔隙率等方法,对硬化水泥石的热膨胀性能进行机理分析。     

水泥-凝灰岩-粉煤灰复合胶凝材料硬化浆体微观结构特征

利用X射线衍射(XRD)、热重(TG)、压汞法(MIP)、扫描电镜分析(SEM)等现代测试技术与方法对水泥-凝灰岩-粉煤灰复合胶凝材料硬化浆体微观结构特征进行测定和分析。结果显示:凝灰岩的掺入使得硬化浆体中引入了长石、水云母及低温型石英(α-SiO₂)等晶相物质,其余水化产物与纯水泥样品基本相同;含有凝灰岩的水泥硬化浆体中Ca(OH)₂含量降低幅度明显小于水泥-粉煤灰二元胶凝体系;随着养护龄期的延长,复合胶凝材料硬化浆体孔隙率逐渐降低,孔径逐步得到细化,到水化180 d时,各样品中最可几孔径的分布主要集中在4.5~50 nm,浆体结构朝着对耐久性有利的方向发展;凝灰岩颗粒特殊形貌引起的形态效应和微集料填充作用在水化初期显得较为明显;相比于同掺量情况下的单掺粉煤灰体系和单掺凝灰岩体系,水泥-凝灰岩-粉煤灰三元胶凝体系的水化产物较多,越来越多的凝灰岩和水泥的水化产物包裹粉煤灰球形颗粒,并逐渐形成整体,整个浆体微观结构结合紧密。     

矿渣对高镁水泥硬化浆体膨胀特性及微观结构的影响

MgO可用于补偿大体积混凝土的收缩,大坝混凝土中也已有应用高镁水泥的先例。为充分利用高镁水泥的膨胀特性,避免其膨胀量过大,本文研究了矿渣掺量和细度对其膨胀特性的影响,并表征了硬化浆体的孔结构与微观形貌。结果表明,掺入矿渣可以有效降低高镁水泥硬化浆体的膨胀率。矿渣的掺量越高,硬化浆体膨胀率越低。矿渣的细度越细,抑制硬化浆体膨胀的作用越明显,中位径为4．81μm时,硬化浆体膨胀率显著降低。矿渣抑制高镁水泥硬化浆体膨胀的作用,主要源于矿渣掺入之后所产生的“物理稀释作用”和“二次水化效应”。“物理稀释效应”降低了硬化浆体中方镁石总量;“二次水化效应”填充了硬化浆体空隙,使硬化浆体孔径细化,毛细孔缓冲和释放硬化浆体膨胀应力。     

腐蚀介质下粉煤灰混凝土宏微观性能的时变损伤

以2 mol/L NH₄Cl溶液为腐蚀介质,研究全浸泡条件下粉煤灰混凝土的耐蚀性能。溶蚀前,对粉煤灰混凝土进行气孔结构测试分析,研究溶蚀后的抗压强度损失以及溶蚀深度的变化幅度及变化规律,并采用核磁共振、场发射扫描电镜从机理上探讨不同粉煤灰掺量(0%、15%、30%、45%)混凝土溶蚀后的组织结构和孔隙的分布情况。研究表明:粉煤灰可细化混凝土内部孔隙,降低孔隙连通性并改善孔径分布,有效提高服役于水环境中混凝土的结构安全性和耐蚀性能。相对于普通混凝土溶蚀区域,粉煤灰混凝土溶蚀区域的内部生成了钙矾石晶体,说明钙矾石的生成可减轻溶蚀损伤。     

硫酸铵腐蚀混凝土性能劣化时变规律及预测

通过在5%浓度硫酸铵溶液中长期浸泡,对不同水灰比、不同浆骨比、不同粉煤灰掺量的混凝土试件进行腐蚀试验研究,得到0~120 d腐蚀龄期下试件抗压强度的劣化规律。采用灰色关联分析方法研究了不同因素对混凝土抗压强度影响的显著程度,通过构建GM(1,1)预测模型对受硫酸铵腐蚀的混凝土强度劣化规律及服役寿命进行预测。结果表明:水灰比0.4、浆骨比0.28和粉煤灰掺量10%的受腐蚀混凝土抗腐蚀性能较强,随水灰比、浆骨比和粉煤灰掺量比例增大,抗压强度降幅明显。构建的GM(1,1)预测模型具有较高的精度,运用该模型在预测受腐蚀混凝土的寿命中,粉煤灰掺量10%、水灰比0.4及浆骨比0.28的受腐蚀混凝土分别比其它影响因素相同下的受腐蚀混凝土增加247%,125%,74%。     

粉煤灰掺量对碳化水泥浆体微结构的影响

为了探究粉煤灰掺量对水泥浆抗碳化性能的影响,采用压汞法、可蒸发含水量法、XRD衍射图谱等,研究了碳化作用下粉煤灰掺量对水泥浆体内部微观结构的影响。结果表明：掺入粉煤灰可促进水泥浆试件的碳化,粉煤灰掺量为30%时水泥浆试件的碳化深度最大;随着粉煤灰掺量的增加,水泥浆总孔隙率增大,碳化后总孔隙率减小,小孔所占比例增大,水泥浆的孔结构改善效果越好,碳化后钙矾石消失,生成CaCO₃;碳化有利于水泥浆试件裂缝的愈合,30%粉煤灰掺量试件养护后的平均裂缝宽度比养护前减小了72%。