不同侵蚀环境下喷射混凝土耐久性提升技术及作用机理

为了揭示不同侵蚀环境下喷射混凝土的钙溶蚀行为,并探究羧酸酯型侵蚀抑制剂和硅灰对喷射混凝土抗侵蚀性能的影响,本文通过抗压强度及腐蚀溶液钙离子浓度测试对比了氯化铵溶蚀和复合盐侵蚀作用下喷射混凝土的强度损失率和钙离子溶出率的时变规律,并采用TG分析改性喷射混凝土侵蚀前的孔结构和可溶固相钙含量,最后采用XRD和SEM测试分析混凝土侵蚀后的物相组成和微观形貌。结果表明,复合盐侵蚀作用下较多钙矾石等腐蚀产物填充孔隙,导致混凝土强度损失和钙离子溶出率均低于氯化铵溶蚀。氯化铵溶蚀和复合盐侵蚀作用下,喷射混凝土的强度损失率与钙离子溶出率呈线性相关。4%(质量分数)侵蚀抑制剂+2%(质量分数)硅灰复合的作用效果较佳,可使喷射混凝土复合盐侵蚀28 d后的强度损失率和钙离子溶出率分别较空白组降低46.7%和50.9%。羧酸酯型侵蚀抑制剂和硅灰均可通过细化混凝土孔结构、降低氢氧化钙和钙矾石含量来提升喷射混凝土的耐久性。     

不同硫酸盐环境下铝酸三钙的劣化过程及机制

主要研究了硫酸钠和硫酸镁溶液对铝酸三钙（C₃A）单矿浆体损伤的影响,使用外观、膨胀率、质量变化研究了浆体宏观性能的劣化,并进一步采用半定量X射线衍射分析（XRD）和扫描电子显微镜（SEM）分析了浆体的侵蚀产物含量和微结构,最后采用光学显微镜原位研究了C₃A-CaSO₄体系下钙矾石的形成特征。研究结果表明：外部的硫酸根能够扩散进入水泥基材料与含铝相的水化产物发生反应形成钙矾石,针棒状钙矾石在有限的空间中不断形成,会导致试件膨胀并引起质量的增加。在硫酸钠溶液中浸泡120 h后浆体中钙矾石质量分数上升到20.12%,而硫酸镁溶液中浆体的钙矾石质量分数仅为6.87%。与硫酸钠溶液不同,镁离子的存在会与孔溶液中的氢氧根发生反应形成氢氧化镁附着在表层,抑制了外部硫酸根的侵入,同时该环境下氢氧根的消耗引起的较低pH有利于石膏的生长。     

光纤导光混凝土的透光性能与抗侵蚀性能

采用抗硫酸盐侵蚀和抗碱溶液侵蚀试验、紫外可见近红外分光光度计、X射线衍射仪和环境扫描电镜分别研究了光纤导光混凝土(Optical fiber light conductive concrete,OFLCC)的抗侵蚀性能、透光性能、微观结构.结果表明:光纤导光混凝土中的光纤间距越小,其抗折、抗压强度越高,且碱溶液侵蚀后光纤导光混凝土的强度普遍要比盐溶液侵蚀后的低,特别是抗折强度表现明显;随着光纤间距的减小,光纤导光混凝土的透光率增大,其透光率实测值小于理论值,碱溶液中养护后光纤导光混凝土透光率比盐溶液中养护后的透光率要大,且均比养护前的透光率增大了;受侵蚀后的光纤导光混凝土水化产物中存在丰富的C-S-H凝胶、羟钙石、钙矾石、石膏等水化产物,它们相互交织,结构比较致密,但碱溶液对光纤导光混凝土的侵蚀要比盐溶液的侵蚀强.     

油井水泥石的硫酸盐侵蚀

为探索抗腐蚀油井水泥浆体系的设计基础及途径,用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、强度检测仪检测受腐蚀油井水泥石的产物、微观结构及抗压强度,研究调整井三次采油过程中油井水泥石的硫酸盐侵蚀问题。明确腐蚀作用方式,揭示抗压强度变化规律。结果表明：SO42–对水泥石产生的腐蚀类型为钙矾石–石膏混合型腐蚀;水泥石强度变化规律发生改变...     

冻融循环下受硫酸镁侵蚀混凝土内腐蚀产物热分析研究

进行了冻融条件下硫酸镁侵蚀混凝土腐蚀试验.采用热分析技术,对侵蚀混凝土内腐蚀产物进行了辨别和定量分析.结果表明:冻融循环与硫酸镁侵蚀共同作用下,混凝土腐蚀产物主要是钙矾石和石膏;混凝土中钙矾石和石膏的含量表层比第二层多,在同一深度处,腐蚀产物的含量随着冻融循环次数的增加而增多,但达到一定的冻融循环次数,表层中钙矾石含量有所降低,且第二层中钙矾石含量大于第一层.     

利用FT-IR研究硫酸盐侵蚀后混凝土表层的胀裂

为了研究由硫酸盐侵蚀而导致的混凝土里表不同部位侵蚀的变化特征,利用傅里叶变换红外光谱定性地研究了在10％硫酸钠溶液中浸泡4年的混凝土试件内部的侵蚀产物分布规律.研究表明:在该类侵蚀介质的作用下,混凝土内主要侵蚀产物为石膏和钙矾石;在界面过渡区和水泥石基体中,石膏的含量沿着混凝士厚度方向减少,钙矾石增加;在同一厚度下,界面过渡区中钙矾石和氢氧化钙的含量高于水泥石基体中钙矾石和氢氧化钙的含量.     

碳酸盐和硫酸盐作用下混凝土宏-细观损伤机理

通过对混凝土试件的碳酸盐与硫酸盐盐类侵蚀试验,观察混凝土宏-细观结构破坏特征,总结相对动弹性模量与质量损失变化规律,进而分析混凝土内部结构破坏机理.结果 表明,碳酸盐侵蚀作用下混凝土剥蚀比硫酸盐严重,而且混凝土内部侵蚀产物不同,硫酸钠溶液侵蚀混凝土主要以生成晶体石膏和晶体钙矾石为主,碳酸钠溶液侵蚀混凝土则会在混凝土内部生成大苏打.盐溶液浸泡侵蚀作用下的混凝土质量损失率和相对动弹性模量变化规律都会经历先增大后减小的过程.水灰比对质量损失率的影响大于盐溶液类型,盐溶液对相对动弹性模量的影响大于水灰比.根据实测损伤变化规律,建立了盐类侵蚀条件下混凝土的相对动弹性模量-侵蚀时间方程.     

Mg2+-SO42——Cl-侵蚀衬砌喷射混凝土耐久性能退化机理

盐渍土广泛分布于我国西北地区,其中含有高浓度的Mg~(2+),SO_4~(2–)及Cl~–,导致隧道衬砌结构耐久性能劣化。采用干湿交替法,以10%Na_2SO_4和5%Na_2SO_4+5%Mg SO_4+3.5%NaCl溶液为侵蚀介质,进行了喷射混凝土耐久性试验,以动弹性模量、质量及抗压强度为指标,分析了喷射混凝土耐久性退化规律。采用离子含量分析实验及X射线衍射、红外光谱、热分析、扫描电子显微镜等表征方法,研究了喷射混凝土耐久性退化机理及过程。结果表明:Mg SO_4–Na_2SO_4–NaCl侵蚀喷射混凝土耐久性能优于Na2SO4侵蚀。Mg SO_4-Na_2SO_4-NaCl侵蚀喷射混凝土pH值及Ca~(2+)含量高于Na_2SO_4侵蚀,而SO_4~(2–)含量低于硫酸盐侵蚀。Na_2SO_4侵蚀喷射混凝土耐久性退化过程分为钙矾石侵蚀、钙矾石/石膏共同侵蚀及石膏侵蚀3个阶段;Mg SO4–Na_2SO_4–NaCl侵蚀喷射混凝土耐久性退化过程分为水镁石/石膏/钙矾石侵蚀、水化硅酸钙分解及碳硫硅钙石形成、水化硅酸镁形成3个阶段。结晶盐形成并填充在喷射混凝土孔隙及微裂缝中,加速混凝土耐久性能退化。     

冻融循环与硫酸盐侵蚀共同作用下再生混凝土的微观结构研究

采用快冻法,将再生骨料取代率为30%的混凝土分别置于3%Na₂SO₄、5%Na₂SO₄、10%Na₂SO₄(均为质量分数)溶液以及水中进行冻融循环试验,测试再生混凝土质量损失率、相对动弹性模量变化、抗压强度损失率,并利用电子显微镜、能谱仪和X射线衍射等方法分析再生混凝土损伤层的微观结构,以超声波平测法确定损伤层厚度,引入侵蚀系数对以损伤层厚度为评价指标的损伤度进行优化。结果表明,当冻融循环为0～200次、Na₂SO₄溶液浓度大于5%时,抗压强度侵蚀系数始终小于1,即Na₂SO₄溶液对再生混凝土宏观力学性能损伤的促进作用明显,而对微观结构损伤的抑制作用明显。在再生混凝土冻融循环初期,以冻融侵蚀为主;冻融循环后期,以硫酸盐化学侵蚀为主,再生混凝土经化学侵蚀后生成钙矾石和石膏等膨胀产物,并出现膨胀裂缝,在冻融循环作用下裂缝迅速扩展,损伤层厚度增加。以损伤层厚度为评价指标的损伤...     

外部硫酸盐侵蚀作用后混凝土的侵蚀特征研究

通过逐层分析的方法对硫酸盐侵蚀后混凝土的侵蚀产物进行了定性研究。研究表明,在5%Na2SO4溶液干湿循环作用后,混凝土的损伤程度由表及里逐渐降低;石膏广泛存在于混凝土表层,表层下方存在大量石膏和极少量钙矾石,内部区域石膏和钙矾石共存。石膏是硫酸钠侵蚀最主要的产物,是导致混凝土表层粉化和胶凝特性完全丧失的主要原因。     

Micro-Analysis of ＂Sulfate Salt Weathering Distress on Concrete＂：Ⅱ.Concrete

运用环境扫描电镜、能谱仪和X射线衍射等微观分析手段研究了稳定环境中,半浸泡混凝土试件在硫酸钠和硫酸镁溶液中的劣化破坏特征,以及混凝土碳化对＂混凝土硫酸盐结晶破坏＂的影响。结果表明：粗骨料界面过渡区生成的大量钙矾石和石膏等晶体是引起混凝土试件劣化的原因;在碳化混凝土内发现了硫酸钠结晶破坏现象。     

粉煤灰与矿渣、硅灰复掺混凝土干湿循环下抗硫酸盐侵蚀性能研究

为探索粉煤灰与矿渣、硅灰复掺混凝土干湿循环作用下的抗硫酸盐侵蚀性能,在室内开展了三组掺合料混凝土在3种不同浓度硫酸根溶液侵蚀以及4种硫酸盐溶液侵蚀下的干湿循环和抗压试验。结果表明:掺合料种类对混凝土抗硫酸盐侵蚀能力的影响较大,掺入硅灰能明显提升混凝土抗硫酸盐侵蚀能力,复掺15%粉煤灰+30%矿渣+5%硅灰试验组的抗硫酸盐侵蚀能力最强;硫酸根离子浓度越高,生成的钙矾石和石膏量越多,混凝土的抗侵蚀能力越弱;MgSO_4对混凝土的侵蚀能力强于Na_2SO_4,掺入NaCl能减弱硫酸盐的侵蚀能力,混凝土对四种硫酸盐的抗侵蚀能力大小依次为:5% Na_2SO_4+3.5%NaCl>5% Na_2SO_4>5%MgSO_4+3.5%NaCl>5%MgSO_4。     

碱金属掺杂硫酸钙短晶的常压水热法合成与热稳定性分析

以磷石膏为原料,采用常压水热法,在Ca2+、Na+、K+氯化物电解质溶液体系中制备了硫酸钙晶须.研究了产物硫酸钙的晶体形貌、晶体结构、受热失水温度和晶体生长控制机理.结果表明:在10wt%~30wt%Ca2+、Na+、K+的氯化物电解质溶液,水热结晶产物形貌均为长径比范围在3~7的短晶.其中,在Ca2+、Na+、K+氯化物体系下,磷石膏分别转化为CaSO4·0.5H2O、Na2 Ca5(SO4)6·3H2O(水钠钙矾石)、K2 Ca(SO4)2·H2O(多钙钾石膏)短晶,晶体受热失水温度分别约为161.2℃、259.4℃与489.8℃.探讨了所掺杂碱金属离子的对短晶结构与热稳定性的影响.为硫酸钙基晶须在塑料改性的应用研究和工业化生产奠定研究基础.     

特性环境对水泥砂浆硫酸盐侵蚀类型的影响

研究了硫酸盐种类(Na2SO4,MgSO4)及温度(5 ℃,20 ℃)等影响因素对水泥砂浆硫酸盐侵蚀类型的影响,以明确碳硫硅酸钙型硫酸盐侵蚀的特性环境条件.试验结果表明:掺加石灰石粉的水泥砂浆试件置于5% MgSO4溶液、5 ℃及20 ℃温度环境下浸泡450 d后,均能生成碳硫硅酸钙.而一般水泥砂浆试件置于5% Na2SO4溶液、5 ℃及20 ℃温度环境浸泡侵蚀后,未生成碳硫硅酸钙.证明水泥混凝土在＞15 ℃的硫酸盐侵蚀环境下亦可生成碳硫硅酸钙,而Mg2 的存在对碳硫硅酸钙的形成过程具有加速催化作用.     

"混凝土硫酸盐结晶破坏"微观分析(Ⅰ)——水泥净浆

在多孔材料内部检测发现硫酸盐晶体是证明盐结晶破坏最直接的证据。运用环境扫描电子显微镜、扫描电子显微镜、能谱仪和X射线衍射等微观分析手段,研究了稳定环境和变化环境中,硫酸钠溶液对半浸泡纯水泥净浆和水泥粉煤灰净浆的破坏作用,结果表明:在破坏的净浆试件中并没有发现硫酸钠晶体,反而发现大量的混凝土硫酸盐化学侵蚀产物(钙矾石和石膏等)晶体,硫酸盐化学侵蚀依然是引起净浆试件破坏的主要原因。     

混合电解质水溶液固液平衡计算

用Lu-Maurer活度系数模型在不增加任何模型参数的前提下回归出18种晶体的溶度积,在此基础上预测了H~+、Mg~(2+)、K~+、Na~+、NH_4~+、Ca~(2+)、Cl~-、SO_4~(2-)、NO_3~-等离子所组合的13种体系在不同温度(最低温度为273.15 K,最高温度为378.15 K)及最高离子强度为34.55 mol·kg~(-1)下的固液平衡.预测结果较为满意.从而说明了该模型的良好普适性和可靠的温度外推性.可以为工业结晶过程提供相平衡的预测估计.     

石灰石粉对水泥基材料抗硫酸盐侵蚀性的影响及其机理

用天然石灰石粉等质量取代水泥20%和30%,将制备的水泥净浆和砂浆试件常温浸泡在0.35 mol/L Na2SO4溶液中,测量试件的线长度和抗折强度随浸泡时间的变化.结果表明:石灰石粉对水泥基材料的抗硫酸盐性有严重的影响,它们使水泥基材料在硫酸盐环境中的强度急剧下降并导致水泥基材料产生较大体积膨胀,引起开裂.掺石灰石粉的水泥基材料主要因形成大量较大尺寸的石膏晶体而膨胀开裂.石膏的形成导致硫酸盐侵蚀水泥基材料产生膨胀开裂.因此,在硫酸盐侵蚀环境下,不宜采用含石灰石粉的复合水泥或将石灰石粉作为矿物掺合料制备的混凝土.     

泡沫铝用可溶性石膏材料的制备

以半水石膏为基体材料,通过添加改性剂的方法制备了泡沫铝用可溶性石膏材料,研究了七水硫酸镁、铝矾土等对体系胶凝时间、水溶性以及强度等参数的影响。结果表明,七水硫酸镁、铝矾土可有效地改善石膏材料的水溶性和抗弯强度。当铝矾土、半水石膏、七水硫酸镁以及水的质量分数分别为35%、16%、14%和35%时,可以获得性能良好的可溶性石膏材料。     

酸雨侵蚀下水泥石物相组成变化的微观分析(英文)

用X射线衍射、Fourier变换红外光谱、扫描电子显微镜和X射线能量色散谱等方法研究了浸泡在pH值为2的模拟酸阿中硅酸盐水泥石物相组成的变化.结果表明:硬化水泥浆体的破坏土要是酸雨中H+与SO42-共同作用的结果..方面.H'使硬化水泥Fee的Ca(OH)2,水化硅酸钙(C-S-H)凝胶.xCaO·Al2O3·yH2O(CxAHy)等物质发生分解、转化.而引起结构溃散性腐蚀:另-方面,SO42-与水泥fi作用,生成膨胀性的物质CaSO4·2H2O, 向引起膨胀性腐蚀.在酸雨持续作用下,水泥石由表及里逐渐遭到侵蚀破坏,直至完全溃散,最终转变成由石膏、硅胶和铝胶等组成的一种白色稀泥状混合物.     

硫酸镁亚型盐田卤水低温冷冻结晶规律的研究

针对青海大浪滩盐湖区盐田卤水做了低温冷冻结晶规律的研究,该盐湖区为典型的硫酸镁亚型卤水,研究了其在低温冷冻时卤水的物理性质变化及析盐结晶规律。结果表明,该盐田卤水在-16~0 ℃低温冷冻时析盐顺序为MgSO4·7H2O→MgSO4·6H2O→Na2SO4·3K2SO4。通过对不同温度下的液相组分分析和固相X射线衍射分析表明,利用冷冻方式开采此卤水时,最适宜的冷冻温度应控制在-8 ℃左右。此时,该卤水组成中SO42-的质量分数低于2%,可以简化为Na+,K+,Mg2+∥Cl--H2O四元体系,以便达到开采氯化钾的工艺需求,为该盐湖卤水的综合开发利用提供理论依据。