硫铝酸盐水泥—普通硅酸盐水泥二元修补材料抗海水侵蚀性能研究

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目前越来越多的大型建设工程服役于海洋环境中,海洋环境中的侵蚀性离子会造成钢筋混凝土结构的破坏,对建筑物的耐久性有着极大的威胁。硫铝酸盐水泥(CSA)有着早期强度高、凝结硬化快以及耐腐蚀性能强等特性,适用于海洋环境以及修补加固等领域中。但其后期强度不足且成本较高,限制了其广泛使用。本文选用普通硅酸盐水泥(OPC)弥补硫铝酸盐水泥的不足,研究硫铝酸盐水泥-普通硅酸盐水泥二元修补材料在海水环境中的性能。本文对硫铝酸盐水泥-普通硅酸盐水泥二元修补材料在不同环境下的质量变化、抗压强度、氯离子含量等宏观性能进行测试,采用X-射线衍射分析(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)对其侵蚀产物和微观形貌进行表征,结合宏观和微观结果研究普通硅酸盐水泥的掺入对抗海水侵蚀性能的影响,探究在干湿循环和海水腐蚀共同作用下的侵蚀机理及不同离子之间的交互作用。研究结果表明:(1)在自来水环境下,掺入普通硅酸盐水泥可以改善硫铝酸盐水泥的宏观性能,当普通硅酸盐水泥取代量为30%时改善性能最佳。在自来水环境中浸泡到180d时,普通硅酸盐水泥取代量为30%的二元体系抗压强度可以达到100.2MPa,相比较于纯CSA提高了19.3%。(2)在海水环境中,掺入普通硅酸盐水泥可以提高硫铝酸盐水泥的抗压强度和氯离子结合能力,并且随着普通硅酸盐水泥取代量的增加,抗压强度和氯离子结合能力先上升后下降,在普通硅酸盐水泥取代量为30%时抗压强度和氯离子结合能力均达到最佳。(3)在NaCl环境、NaCl+Na2SO4环境和NaCl+Na2SO4+Mg Cl2环境中,不同体系各项指标变化规律趋势相似。硫铝酸盐水泥-普通硅酸盐水泥二元复合体系的质量变化呈现先上升、后稳定的趋势,抗压强度呈现先上升、后下降的趋势,总氯离子和自由氯离子含量呈现不断上升的趋势。在三种侵蚀环境中普通硅酸盐水泥的合理取代量为20%~30%。(4)在三种侵蚀环境中氯离子结合能力为NaCl环境>NaCl+Na2SO4环境>NaCl+Na2SO4+Mg Cl2环境。Cl-进入砂浆试件中促进水泥的水化,同时和铝相反应生成Friedel’s盐固化氯离子;SO42-的进入抑制了氯离子的结合,水化硅酸钙(C-S-H)凝胶能吸收更多的硫酸盐离子而不是氯离子;Mg2+的存在加重了C-S-H凝胶的脱钙,形成了水化硅酸镁(M-S-H)凝胶,导致氯离子结合率降低。
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