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水泥基材料碳硫硅钙石型硫酸盐侵蚀(Thaumasite form of sulfate attack,简称TSA)可使水泥石水化产物中的C-S-H凝胶转变成灰白色、毫无胶结能力的泥状物质,无显著的膨胀、开裂等外观征兆,比传统硫酸盐侵蚀的隐蔽性更强,破坏性更大。TSA的影响因素繁多,形成机理复杂,并且水泥基材料TSA的研究时间较短,业内对其发生机理也没有统一认识,也未形成能有效抑制水泥石TSA的技术措施。因此,进一步研究碳硫硅钙石的形成机理和TSA预防措施,对保证混凝土工程的耐久性具有重要意义。 本文通过掺硅灰、生石灰调节水泥石中 Ca(OH)2含量,研究了硅灰和生石灰对水泥石TSA的影响,并讨论了Ca(OH)2在水泥石TSA破坏过程中的作用;通过提高水泥石的密实程度改善水泥石抗 TSA性能,研究了膨胀剂、减水剂对 TSA性能的影响;外掺硝酸盐(KNO3、NaNO3、LiNO3、Sr(NO3)2)可维持水泥石碱度,以期改善水泥石抗TSA性能;对比研究了普通硅酸盐水泥石和碱矿渣(ASC)水泥石抗TSA性能。为加速TSA发生,腐蚀溶液选用5%MgSO4溶液,试件尺寸为40mm×40mm×40mm。以外观和强度判定水泥石被腐蚀的程度,采用X射线衍射(XRD)、傅立叶转换红外光谱(FTIR)和扫描电子显微镜(SEM)等测试方法分析水泥石腐蚀产物的矿物组成。揭示的主要规律包括: (1)硅灰改善水泥石抗TSA的效果与掺量有关,其中掺量为7%时效果最好,原因在于硅灰填充水泥石孔隙,降低侵蚀离子在水泥石中扩散速度,等量取代水泥并通过二次水化反应降低水泥石体系中氢氧化钙含量,形成低钙硅比 C-S-H凝胶热力学稳定性更高。生石灰能延缓水泥石TSA进程,但不能阻止TSA发生。Ca(OH)2对保证水泥石中水化产物的稳定性具有重要作用,同时也容易受到硫酸盐的腐蚀,是形成石膏、碳硫硅钙石的反应物之一。 (2)相同水灰比条件下,减水剂可细化水泥石孔径,延缓水泥石TSA发生。氧化镁-氧化钙类膨胀剂可改善水泥石抗 TSA性能,而硫铝酸盐-氧化钙能膨胀剂水化过程中形成钙矾石,对水泥石抗TSA性能不利。 (3)相同掺量条件下,硝酸锂对水泥石抗TSA性能改善作用最佳,硝酸钠次之,硝酸钾改善水泥石抗TSA性能效果最差。硝酸锶改善水泥石抗TSA性能的效果与掺量有关。 (4)开发能够有效抑制TSA的技术措施应降低水泥石中氢氧化钙、钙矾石含量、降低水化硅酸钙碱度、提高水泥石密实程度并掺入碱金属阳离子以维持体系碱度。对比研究了碱矿渣水泥石和普通硅酸盐水泥石抗TSA性能,碱矿渣水泥石兼具上述各方面性能,具有优异的抗TSA性能。