本文關鍵詞： 碳硫硅鈣石 水泥基材料 形成機理 硫酸鹽侵蝕 影響因素　出處：《中南大學》2014年碩士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：碳硫硅鈣石型硫酸鹽侵蝕(Thaumasite form of sulfate attack,TSA)是水泥混凝土在低溫硫酸鹽環(huán)境下的一種嚴重的侵蝕破壞,影響混凝土工程的耐久性。加強碳硫硅鈣石形成機理和影響因素的研究可為碳硫硅鈣石型硫酸鹽侵蝕的抑制提供理論依據(jù)。本文依托國家自然科學基金項目(51278497),針對水泥基材料TSA破壞的條件和環(huán)境,研究了碳硫硅鈣石形成的機理、影響因素,水泥基材料在不同侵蝕介質下的破壞以及化學外加劑與礦物摻合料對TSA的抑制作用。 主要工作和成果如下： 1.通過建立熱力學模型對碳硫硅鈣石形成反應的兩種形成機理進行了計算和分析。 溶液直接反應的吉布斯自由能變數(shù)據(jù)表明,在0～25℃之間碳硫硅鈣石可以由C-S-H凝膠、碳酸鈣、石膏和水反應直接生成。硅鈣礬石轉變反應的吉布斯自由能變數(shù)據(jù)表明,在0～25℃內C-S-H凝膠、碳酸鈣、鈣礬石和水不能直接反應生成碳硫硅鈣石,在5℃下碳硫硅鈣石更易與鈣礬石結合生成硅鈣礬石固溶體,而不是以純的碳硫硅鈣石形式生成。 2.采用Struble去合成碳硫硅鈣石研究了碳硫硅鈣石的異質成核機理。 鈣礬石和碳硫硅鈣石的結構非常相似,鈣礬石可以作為碳硫硅鈣石的異質晶核促進其生長。和鈣礬石(Ca6[Al(OH)6]2·24H2O·[(SO4)3·2H2O])相比,碳硫錫鈣石(Ca6[Sn(OH)6]2·24H2O·[(SO4)2·(CO3)2])與碳硫硅鈣石(Ca6[Si(OH)6]2·24H2O·[(SO4)2·(CO3)2])的結構更為相似,后者更容易為碳硫硅鈣石提供晶核。在合成碳硫硅鈣石的配比中加入錫酸鈉后可以生成碳硫錫鈣石,但其作為異質晶核對碳硫硅鈣石形成的促進作用并不明顯。與碳硫硅鈣石結構相似的晶體不一定能促進碳硫硅鈣石的形成。 3.采用Struble法合成碳硫硅鈣石研究了碳硫硅鈣石的溶液直接反應機理。 提高硫酸根和碳酸根的濃度對碳硫硅鈣石的形成影響較小,水合硅酸三鈣離子Ca3[Si(OH)6·12H2O]4+的形成即硅酸鹽中的硅氧四面體向碳硫硅鈣石中的硅氧八面體的轉變是碳硫硅鈣石形成反應的速率控制步驟。蔗糖可與硅酸根形成五配位硅或六配位硅的復合物,促進硅氧四面體向硅氧八面體的轉變,提高鈣離子濃度也可以加速硅氧四面體向硅氧八面體的轉變,鈣離子對碳硫硅鈣石的形成有相當顯著的促進作用。 4.采用Struble法合成碳硫硅鈣石的方法研究了溶液直接反應過程中的離子強度、pH值和磷酸鈣等因素對碳硫硅鈣石形成的影響。 通過加入氯化鈉來改變溶液的離子強度,增加溶液的離子強度在早期可以加速碳硫硅鈣石的形成,但后期生成的碳硫硅鈣石量仍然很少；碳硫硅鈣石在pH為13時更容易形成,當pH為14時不利于碳硫硅鈣石的形成；磷酸鈣在早期會促進碳硫硅鈣石的形成,但后期又會使碳硫硅鈣石的量減少。 5.研究了低溫(5℃)下水泥-石灰石粉膠凝材料在不同侵蝕介質中的TSA破壞。 摻石灰石粉的水泥基材料在5%的硫酸鈉溶液中浸泡16個月后,表面全部脫落,生成爛泥狀物質,發(fā)生了典型的TSA破壞,腐蝕產(chǎn)物以碳硫硅鈣石為主；在5%硫酸鈉和氯化鈉的復合溶液中,水泥基材料的TSA破壞有所減輕,表面剝落較少,生成的碳硫硅鈣石也減少,且氯化鈉濃度越高,水泥基材料的TSA破壞越小；水泥基材料在5%硫酸鈉和碳酸鈉的復合溶液中浸泡16個月后沒表面較為完整,有碳酸鈣和碳酸鈉鈣生成,但并沒有發(fā)生明顯的TSA破壞,說明碳酸根離子可以在水泥凈漿表面生成密實的保護膜減輕TSA破壞。 6.研究了化學外加劑對水泥基膠凝材料低溫(5℃)下抗硫酸鹽侵蝕性能的影響。 在摻石灰石粉的水泥基材料中加入甘油后可以減輕硫酸鹽侵蝕,腐蝕產(chǎn)物中以鈣礬石為主,碳硫硅鈣石的量隨甘油摻量的增加而減少；乙二醇會加速摻石灰石粉的水泥基材料的硫酸鹽侵蝕,石膏含量增多,腐蝕產(chǎn)物中鈣礬石和碳硫硅鈣石并存；隨磷酸鈣摻量的增加,碳硫硅鈣石的量減少,水泥基材料的硫酸鹽腐蝕減輕；硅酸鈉使水泥基材料明顯開裂,但腐蝕產(chǎn)物中碳硫硅鈣石的量卻隨硅酸鈉摻量的增加而減少。 7.研究了低溫(5℃)下礦物摻合料對水泥基膠凝材料抗硫酸鹽侵蝕性能的影響。 鈉基膨潤土、玄武巖粉和花崗巖粉可以減輕水泥基材料的硫酸鹽腐蝕,且侵蝕破壞隨鈉基膨潤土、玄武巖粉和花崗巖粉摻量的增加而減輕,腐蝕產(chǎn)物以鈣礬石為主,碳硫硅鈣石含量較少；鈣基膨潤土和石英粉對摻石灰石粉的水泥基材料的硫酸鹽腐蝕沒有太大影響,腐蝕產(chǎn)物中鈣礬石和碳硫硅鈣石并存。
[Abstract]:......
【學位授予單位】：中南大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：TU528

【參考文獻】

相關期刊論文 前10條

1 馬保國;高小建;羅忠濤;;礦物摻合料對水泥砂漿TSA侵蝕的影響[J];材料科學與工程學報;2006年02期

2 高禮雄;杜雪剛;孔麗娟;;石灰石粉對水泥基材料抗碳硫硅鈣石侵蝕破壞的定量分析[J];東南大學學報(自然科學版);2012年03期

3 高禮雄,姚燕,王玲;溫度對碳硫硅鈣石形成的影響[J];硅酸鹽學報;2005年04期

4 馬保國;羅忠濤;高小建;李相國;;不同品種水泥的抗碳硫硅酸鈣型硫酸鹽侵蝕性能[J];硅酸鹽學報;2006年05期

5 李長成;姚燕;王玲;;內摻硫酸鎂加速水泥基材料TSA破壞[J];硅酸鹽學報;2010年07期

6 李長成;姚燕;王玲;;氯離子對碳硫硅鈣石形成的影響[J];硅酸鹽學報;2011年01期

7 楊令強;王成林;;以膠東調水工程為例分析混凝土快速破壞機理[J];硅酸鹽學報;2011年10期

8 高禮雄;杜雪剛;孔麗娟;;碳硫硅鈣石形成機制的定量分析[J];硅酸鹽學報;2012年05期

9 馬保國;王迎斌;羅忠濤;;不同系列減水劑對碳硫硅鈣石形成的影響[J];功能材料;2013年14期

10 高小建;馬保國;鄧紅衛(wèi);;膠凝材料組成對混凝土TSA硫酸鹽侵蝕的影響[J];哈爾濱工業(yè)大學學報;2007年10期

相關博士學位論文 前1條

1 李長成;水泥基材料碳硫硅鈣石型硫酸鹽侵蝕破壞及預防措施研究[D];中國建筑材料科學研究總院;2011年

，

本文編號：1543868