南海環(huán)境中存在許多破壞混凝土結(jié)構(gòu)的侵蝕性介質(zhì),隨著對(duì)海洋資源的開發(fā)利用,解決海工混凝土的耐久性問題尤為迫切。南海島礁淡水資源緊缺,工程建設(shè)時(shí)希望對(duì)海水進(jìn)行簡(jiǎn)單處理或直接用海水拌合制備混凝土。目前針對(duì)海洋環(huán)境下混凝土耐久性研究,多集中于考察單一環(huán)境因素下由外界擴(kuò)散進(jìn)入的侵蝕性離子(外滲侵蝕性離子)對(duì)混凝土性能的影響。因此,模擬南海不同環(huán)境條件,探究外滲及內(nèi)摻Cl~-和SO_4~(2-)兩種侵蝕性離子與水泥基材料的復(fù)雜交互作用,探明其作用機(jī)理,可以為海工建筑和海水制備混凝土提供理論指導(dǎo)與數(shù)據(jù)支持,具有重要的理論意義和工程應(yīng)用價(jià)值。首先,采用物相分析、離子滴定和熱分析等方法,以水泥基材料的氯離子結(jié)合量為評(píng)價(jià)指標(biāo),探究常溫條件下侵蝕性離子即Cl~-和SO_4~(2-)外滲入水泥基材料后對(duì)水化產(chǎn)物的影響,揭示兩種侵蝕性離子之間的交互作用機(jī)制。研究發(fā)現(xiàn):水泥基材料對(duì)Cl~-的等溫吸附曲線遵循線性變化規(guī)律,此規(guī)律不因標(biāo)養(yǎng)齡期、是否存在骨料和SO_4~(2-)而改變;當(dāng)Cl~-與SO_4~(2-)同時(shí)存在時(shí),兩種離子在擴(kuò)散遷移與化學(xué)結(jié)合過程中均存在復(fù)雜競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系。其次,采用立式半浸的方法將試件放入模擬南海海水濃度和不同溫濕度的環(huán)境箱中,通過對(duì)試件飽和區(qū)與非飽和區(qū)不同深度處的氯離子分布變化、物理性能變化及微觀組成與形貌變化的分析,探明了多重因素復(fù)合作用下侵蝕性介質(zhì)與水泥基材料的影響規(guī)律和作用機(jī)理,結(jié)果表明:當(dāng)侵蝕溶液中Cl~-與SO_4~(2-)同時(shí)存在時(shí),SO_4~(2-)對(duì)試件飽和區(qū)內(nèi)Cl~-擴(kuò)散遷移過程存在先促進(jìn)后抑制作用,且環(huán)境溫度對(duì)其影響顯著,環(huán)境溫度增加,促進(jìn)作用提前且作用時(shí)間縮短,抑制作用隨之提前而作用時(shí)間延長(zhǎng),此規(guī)律同樣存在于非飽和區(qū);由于毛細(xì)吸附能力隨相對(duì)濕度降低而增強(qiáng),試件非飽和區(qū)不同高度的自由氯離子和結(jié)合氯離子含量均隨環(huán)境濕度降低而增加。當(dāng)侵蝕溶液中Cl~-與SO_4~(2-)同時(shí)存在時(shí),SO_4~(2-)占據(jù)Cl~-傳輸通道,從而抑制Cl~-傳輸。最后,模擬南海海水離子濃度,采用不同方式(內(nèi)摻、內(nèi)摻與外滲復(fù)合)引入侵蝕性離子,通過物相分析、水化熱測(cè)試及微觀形貌分析,探究?jī)?nèi)摻侵蝕性離子對(duì)水泥水化進(jìn)程的影響及其腐蝕產(chǎn)物的穩(wěn)定性。研究發(fā)現(xiàn),內(nèi)摻Cl~-和SO_4~(2-)均可以加速水泥水化,Cl~-的加速作用更明顯。當(dāng)含有Cl~-的鹽溶液作為拌合水時(shí),水泥水化10 h,內(nèi)摻Cl~-主要通過加速C_3A溶解產(chǎn)生鈣礬石以加速水泥水化;水泥水化1 d,產(chǎn)生Friedel鹽,隨著水泥水化的進(jìn)行,鈣礬石逐漸轉(zhuǎn)變成Friedel鹽,這主要由于鈣礬石與鋁相生成AFm,Cl~-置換AFm中的陰離子生成Friedel鹽;水泥水化28d,Friedel鹽已基本穩(wěn)定存在;水泥水化90 d,部分Friedel鹽轉(zhuǎn)變?yōu)镵uzel鹽。為了研究Friedel鹽的穩(wěn)定性,選取水化28d的海水拌合水泥基材料,將其浸泡在含有Cl~-的侵蝕溶液中,發(fā)現(xiàn)海水拌合的水泥基材料仍具有氯離子結(jié)合能力,但明顯小于淡水拌合水泥基材料;侵蝕溶液中Cl~-促進(jìn)Friedel鹽生成,而SO_4~(2-)促進(jìn)F鹽分解。本文取得如下創(chuàng)新成果:模擬南海不同環(huán)境條件,采用立式半浸試驗(yàn)制度,探明了外滲Cl~-和SO_4~(2-)與不同溫濕度復(fù)合作用對(duì)水泥基材料腐蝕作用的影響,揭示了南海環(huán)境多種侵蝕性介質(zhì)外滲時(shí)與水泥基材料的交互作用機(jī)理;采用不同方式引入Cl~-和SO_4~(2-),研究了Friedel鹽和鈣礬石在水化過程中的穩(wěn)定性及轉(zhuǎn)換關(guān)系,探明了Cl~-和SO_4~(2-)對(duì)水化進(jìn)程的影響,揭示了不同方式引入侵蝕性離子對(duì)水泥基材料的交互作用機(jī)制,對(duì)研究南海環(huán)境海工建筑以及海水拌合混凝土具有重要意義。
【學(xué)位單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TU528
【部分圖文】：

水環(huán)境和噴灑的除冰鹽[24]。研究表明[25]，氯離子不論以何種現(xiàn)部分氯離子與某些水泥相發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，部分被吸附在水學(xué)結(jié)合氯離子，后者稱為物理吸附氯離子，統(tǒng)稱為結(jié)合氯離有部分氯離子游離在孔溶液中，稱為自由氯離子�；炷羶�(nèi)示[26]。其中，導(dǎo)致鋼筋銹蝕的只有自由氯離子，但結(jié)合氯離相關(guān)[13; 27-29]。原因如下：一方面結(jié)合氯離子可以消耗部分自分氯離子，延緩了氯離子滲透到鋼筋表面的時(shí)間，降低了鋼化學(xué)結(jié)合形成 Friedel 鹽（以下簡(jiǎn)稱 F 鹽），降低了水泥基材料的抗氯離子滲透能力。因此工程上希望控制引入混凝土中工建筑的耐久性。而硫酸鹽對(duì)混凝土材料進(jìn)行侵蝕多表現(xiàn)為礬石，從而導(dǎo)致混凝土材料中微損傷發(fā)展，引起材料宏觀力學(xué)性降低形成破壞。

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圖 1-3 C-S-H 凝膠的二次電子圖像[37]Fig.1-3 Secondary electron image of C-S-H gel以外滲方式引入氯離子時(shí)，水泥基材料水化產(chǎn)物中的 AFm 相和 C-S-H 凝膠是氯離子結(jié)力主要因素；以內(nèi)摻方式引入氯離子時(shí)，水泥基材料的氯離子結(jié)合能力由哪種物質(zhì)控制，的文獻(xiàn)比較少，還需要進(jìn)一步研究。若希望用海水拌合混凝土解決南海環(huán)境淡水資源緊問題，還需要探究以不同方式復(fù)合引入氯離子時(shí)水泥基材料的氯離子結(jié)合能力以及硫酸子復(fù)合引入時(shí)對(duì)氯離子結(jié)合能力的交互作用。3 氯離子與硫酸根離子間交互作用研究現(xiàn)狀硫酸根離子和氯離子對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的侵蝕機(jī)理不同，而這兩種離子共存時(shí)會(huì)相互產(chǎn)生交互作用[40-42]。當(dāng)交互作用存在時(shí)，若所有試驗(yàn)考慮均只有一個(gè)影響因素，則無法兩個(gè)或多個(gè)自變量之間的交互作用，因此單純研究一種離子的侵蝕作用對(duì)于探究氯離子酸根離子共存時(shí)的交互作用沒有意義，此時(shí)必須分別探討氯鹽存在下硫酸鹽侵蝕規(guī)律和

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