【摘 要】
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复杂服役环境下的混凝土结构常因酸侵蚀或硫酸盐侵蚀而出现破坏,硅酸盐水泥(OPC)抗化学侵蚀性较差,在复杂服役环境下作为混凝土胶凝材料会对结构或构筑物耐久性带来不利影响。硫铝酸盐水泥(CSA)具有良好的抗酸和抗硫酸盐侵蚀性能,近年来通过优化CSA中C4A3(?)与C(?)的比例研制出的快凝快硬高贝利特硫铝酸盐水泥(HB-CSA)在继承传统CSA优点的同时改善了传统CSA的缺点,具有极高的科研和应用价
【基金项目】
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国家自然科学基金(51702082)
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复杂服役环境下的混凝土结构常因酸侵蚀或硫酸盐侵蚀而出现破坏,硅酸盐水泥(OPC)抗化学侵蚀性较差,在复杂服役环境下作为混凝土胶凝材料会对结构或构筑物耐久性带来不利影响。硫铝酸盐水泥(CSA)具有良好的抗酸和抗硫酸盐侵蚀性能,近年来通过优化CSA中C4A3(?)与C(?)的比例研制出的快凝快硬高贝利特硫铝酸盐水泥(HB-CSA)在继承传统CSA优点的同时改善了传统CSA的缺点,具有极高的科研和应用价值。目前,关于HB-CSA在酸环境和硫酸盐环境下的表现仍有待深入研究。鉴于此,本文研究酸环境和硫酸盐环境下传统CSA与HB-CSA的性能演变规律,揭示抗侵蚀机理以及C4A3(?)/C(?)比率对CSA抗侵蚀性能的影响,为CSA的进一步研究与发展提供指导和方向,也为复杂服役环境下混凝土结构设计提供借鉴和参考。本课题试验研究了快硬复合硫铝酸盐水泥(R-CSA),早强型和普通型快凝快硬高贝利特硫铝酸盐水泥(HB-CSA-H和HB-CSA-O)三种不同C4A3(?)/C(?)比率CSA的抗酸与抗硫酸盐侵蚀性能及劣化机理。用抗折强度和侵蚀系数作为力学强度的表征形式,结合X射线衍射(XRD)、热重分析(TGA)、CT扫描(X-ray CT)以及二次电子扫描电镜(SEM)研究不同浓度盐酸和硫酸以及硫酸盐环境下三种CSA的力学性能演变,侵蚀产物种类与含量变化,内部结构以及微观形貌特征。研究表明:(1)随着C4A3(?)/C(?)比率逐渐降低,CSA内部AFt的含量逐渐升高,AH3的含量逐渐降低,CSA的水化产物逐渐由AFt、AFm和AH3三者共存转变为大量AFt和少量AH3;(2)三种CSA在盐酸、硫酸和硫酸盐环境下的抗折强度损失程度均低于OPC。水化产物体系内不含易与酸和硫酸根离子反应的CH是三种CSA抗酸和抗硫酸盐侵蚀性能优异的原因;(3)盐酸侵蚀导致HB-CSA试件表面水泥石逐渐溶解和细骨料逐渐剥落,随着C4A3(?)/C(?)比率逐渐降低,CSA抗盐酸侵蚀性能先减弱后增强。盐酸对CSA的侵蚀机理为氢离子对AFt等水化产物的酸解,氯离子对侵蚀未产生明显影响;(4)硫酸侵蚀导致HB-CSA试件表面水泥石逐渐溶解,细骨料逐渐剥落,随着C4A3(?)/C(?)比率逐渐降低,CSA抗硫酸侵蚀性能先减弱后增强。硫酸对CSA的侵蚀是氢离子与硫酸根共同作用的结果,氢离子酸解水化产物,硫酸根对强度损失起到了加速作用;(5)硫酸盐环境下三种CSA出现不同程度的抗折强度提升,提升幅度随C4A3(?)/C(?)比率降低而减小。其原因在于硫酸盐环境下硫酸根的渗入促进了水泥石内部AFt生成,生成的AFt起到了密实基体的作用,使试件表现出更高的抗折强度。
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