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硫酸盐侵蚀造成的劣化破坏是水泥基材料最为广泛和普遍的耐久性问题之一。这是由于硫酸盐一旦侵蚀渗入至水泥基材料中,就会与水泥基材料中的水化产物发生反应,造成水泥基材料化学成分发生变化,降低胶凝能力,从而使水泥基材料强度降低。值得注意的是,水泥基材料在低温环境下容易发生碳硫硅钙石型硫酸盐破坏(thaumasite form of sulfate attack简称TSA破坏),且其破坏后果十分严重,甚至会导致水泥基材料完全失去强度,变成灰白色烂泥状物质。因此,对低温环境下水泥基材料硫酸盐侵蚀破坏进行详细研究显得尤为急迫和重要。针对上述问题,本文通过设计试验,从宏观和微观尺度对低温环境下水泥基材料硫酸盐侵蚀破坏类型、破坏机理、影响因素和抑制措施进行了研究。主要研究工作及结果如下:(1)通过将不同水胶比的水泥基材料净浆试件在5%质量分数硫酸钠溶液和硫酸镁溶液长期低温(5℃±1℃)浸泡,并定期观测试件外观形貌与抗压强度变化,同时对试件的硫酸盐侵蚀产物进行X射线衍射、FT-IR红外光谱和EMPA电子探针分析,研究了低温条件下不同硫酸盐侵蚀环境对水泥基材料硫酸盐侵蚀破坏的影响及其破坏机理。试验结果表明:浸泡在5%质量分数的硫酸钠溶液中的试件主要发生了TSA型硫酸盐侵蚀破坏,而浸泡在5%质量分数的硫酸镁溶液中的试件则主要发生了石膏-TSA耦合型硫酸盐侵蚀破坏。相同侵蚀龄期下,浸泡在硫酸镁溶液中的试件破坏要比浸泡在硫酸钠溶液中的试件更为严重。(2)通过将内掺不同种类和不同质量分数二水石膏的水泥基材料净浆和胶砂试件在5℃±1℃的低温条件下长期浸泡,并定期观测试件外观形貌与抗压强度变化,同时对净浆试件取样进行X射线衍射和FT-IR红外光谱分析,研究了石膏掺量对水泥基材料TSA型硫酸盐破坏的影响及破坏机理。试验结果表明:当净浆试件中石膏掺量大于等于10%时发生了TSA型硫酸盐破坏,而石膏掺量为7%和3.5%的净浆试件均未发生破坏。分析表明:水泥基材料中的石膏是否会引起TSA型硫酸盐破坏与水泥基材料中所用水泥的C3A含量有关。(3)采用高活性的超细粉煤灰等量替代20%和40%的水泥制成净浆试件,并将其在5%质量分数硫酸钠溶液和硫酸镁溶液长期低温(5℃±1℃)浸泡,定期观测试件外观形貌与抗压强度变化,对硫酸盐侵蚀产物取样进行X射线衍射和FT-IR红外光谱分析,并与未掺粉煤灰的试件进行对比。试验结果表明:低温环境下粉煤灰掺量为20%和40%的试件均发生了严重的硫酸盐侵蚀破坏,高活性的超细粉煤灰并不能阻止或延缓水泥基材料的硫酸盐侵蚀破坏。同时将高活性的超细粉煤灰等量替代20%水泥,并内掺不同质量分数的硫酸镁制成净浆试件,将其在5℃±1℃的清水中长期浸泡。定期观测试件外观变化,对硫酸盐侵蚀破坏产物进行了X射线衍射和FT-IR红外光谱分析,研究了超细粉煤灰火山灰效应对水泥基材料碳硫硅钙石型硫酸盐破坏的影响与作用机理。研究结果表明:高活性超细粉煤灰的火山灰效应并不能起到抑制或者延缓碳硫硅钙石型硫酸盐破坏的作用。(4)通过将内掺不同质量分数硫酸镁和硫酸钠的赤泥地聚合物和普通硅酸盐水泥试件在5±1℃的条件下长期浸泡,定期观测试件外观变化,并对长期浸泡后的试件取样进行了X射线衍射和FT-IR光谱分析,研究了内掺不同种类和不同质量分数硫酸盐对赤泥地聚合物侵蚀破坏过程与作用机理,并与同等条件下普通硅酸盐水泥抗硫酸盐侵蚀性能及机理进行了对比。结果表明:当试件内掺硫酸镁和硫酸钠时,赤泥地聚合物发生了石膏型硫酸盐膨胀破坏,而普通硅酸盐水泥则分别发生了TSA型硫酸盐侵蚀破坏和钙矾石-石膏型硫酸盐膨胀破坏。