收藏本站
《重庆大学》 2017年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

电场与硫酸盐共存环境中水泥基材料的劣化及其机理研究

黄谦  
【摘要】:硫酸盐侵蚀是威胁水泥基材料耐久性的一个重要因素。当水泥基材料暴露于富含硫酸盐环境时,硫酸根离子渗入材料内部,与水泥水化产物发生反应,生成石膏和钙矾石等侵蚀产物,产生膨胀、开裂和剥落等劣化,或产生盐结晶膨胀等物理破坏。目前,关于硫酸盐侵蚀及其与其它环境因素共同作用下水泥基材料的劣化过程及机理已有大量研究。随着经济技术的不断发展,电场也越来越多地应用或存在于实际工程环境中,如轨道杂散电流和电渗脉冲防潮技术。在电场影响下,水泥基材料硫酸盐侵蚀将变得更为复杂。因此,本文研究了电场与硫酸盐共存环境中水泥基材料的劣化行为及机理。主要研究内容及结论如下:研究了电场作用下SO_4~(2–)在水泥基材料内的迁移速率,讨论了液相环境和试件组成与结构对SO_4~(2–)迁移的影响,借助X射线衍射分析(XRD)和扫描电镜-能谱仪(SEM-EDS)分析了硫酸盐侵蚀产物含量及分布。结果表明,电场显著加速了SO_4~(2–)迁移,电场作用90d后SO_4~(2–)侵入试件深度和总量分别为不加电场试件的4.38~6.25倍和7.50~14.00倍,迁入的SO_4~(2–)与水泥水化产物反应生成了大量石膏和钙矾石晶体;选用NaOH作为阳极溶液可避免试件遭受“酸腐蚀”;调整阴极溶液pH值为7.0时,有利于SO_4~(2–)迁入;电场作用下SO_4~(2–)迁移主要由电势差控制,浓度差影响甚微;粉煤灰的掺入对SO_4~(2–)迁移有一定限制作用,而掺入石灰石粉或增大水胶比则有利于SO_4~(2–)迁移。测试了通电过程中溶液和试件内温度变化,采用综合热分析(DSC-TG)、傅里叶转换红外光谱(FT-IR)和XRD等手段分析了电场对水泥水化和硫酸盐侵蚀产物的影响。结果显示,通电产生的热引起试件内温度升高,但该升温相对有限,约为1.5~4.9℃,未明显加速水泥后期水化;短期内电场也未改变C-S-H凝胶结构中Si-O键的键合方式;试件孔溶液中的Ca~(2+)、SO42-和Al(OH)4-等离子因电场作用发生迁移而数量减少,引起水泥早期水化和硫酸盐侵蚀所生成的钙矾石不稳定而有所分解。分析了电场作用下外界溶液中Ca~(2+)浓度与水泥基材料内钙含量变化规律,借助XRD、SEM-EDS以及孔结构分析(MIP)等微观测试方法,研究了Ca~(2+)溶出引起的水泥水化产物组成与结构变化。结果表明,电场加速了水泥基材料内Ca~(2+)溶出,试件靠近阴极部位Ca(OH)2不断溶解,随后C-S-H凝胶开始溶解,内部孔隙率和总孔体积增加,试件强度降低。当阴极溶液为水时,电场作用90d后试件靠近阴极部位的的C-S-H凝胶Ca/Si比下降5.1%~13.5%,孔隙率增幅为20.9%~27.4%,试件强度下降6.7%~15.6%。通过抗压强度和化学测试等宏观方法以及XRD和SEM-EDS等微观分析,系统研究了电场与硫酸盐侵蚀共同作用下混凝土的劣化行为与机理。结果表明,电场与硫酸盐侵蚀共同作用下大量SO_4~(2–)迁入混凝土内,硫酸盐侵蚀加快;同时试件内Ca~(2+)不断溶出,其微观结构变得疏松多孔,而这又有利于SO_4~(2–)迁移;因此,该条件下混凝土劣化更为快速,劣化主要来自硫酸盐侵蚀和溶蚀这两个过程,其中硫酸盐侵蚀占主导地位;电场作用下的硫酸盐侵蚀速率约为Na_2SO_4溶液浸泡侵蚀的3.4~4.4倍。论文结果表明,电场加速了水泥基材料硫酸盐侵蚀,也加剧了水泥基材料的溶蚀破坏。这意味着在富含硫酸盐环境中建设城市轨道交通和应用电渗脉冲防潮技术时应密切关注电场导致的混凝土结构劣化破坏问题。研究结果亦显示,电场在加速硫酸盐侵蚀过程中,未明显影响水泥水化程度,也未改变C-S-H凝胶中Si-O键合方式。因此,可否将电场用于快速评价水泥基材料抗硫酸盐侵蚀性能值得进一步探讨。
【学位授予单位】:重庆大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TQ172.1

【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 蒋永惠,袁小林;几种有机物在水泥基材料中的应用[J];新世纪水泥导报;2001年02期
2 龙广成,王新友,肖瑞敏;水泥基材料的环境协调性研究[J];材料导报;2002年08期
3 ;“可持续发展的水泥基材料与应用国际研讨会”第一轮通知[J];硅酸盐学报;2011年01期
4 ;“可持续发展的水泥基材料与应用国际研讨会”第一轮通知[J];硅酸盐通报;2011年01期
5 ;“可持续发展水泥基材料专题”栏目[J];硅酸盐学报;2012年01期
6 文寨军;颜碧兰;;浅谈重大工程用水泥基材料的未来发展[J];中国建材;2014年04期
7 张云莲;粉煤灰与砼的硫酸盐侵蚀[J];粉煤灰综合利用;2001年02期
8 蒋正武;水泥基材料裂缝自愈合的研究进展[J];材料导报;2003年04期
9 伍建平;姚武;刘小艳;;导电水泥基材料的制备及其电阻率测试方法研究[J];材料导报;2004年12期
10 ;《青藏高原严酷环境中高性能水泥基材料的研究与应用》进展顺利[J];青海大学学报(自然科学版);2005年05期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 姚武;吴科如;;水泥基材料损伤自愈合的理论与方法[A];2000年材料科学与工程新进展(下)——2000年中国材料研讨会论文集[C];2000年
2 吴中伟;;特高强纤维水泥基材料[A];纤维水泥制品行业纤维增强水泥及其制品论文选集(1)(1960~2009)[C];2009年
3 赵顺增;刘立;吴勇;曹淑萍;;电磁功能水泥基材料性能初探[A];中国硅酸盐学会2003年学术年会论文摘要集[C];2003年
4 赵顺增;刘立;吴勇;曹淑萍;;电磁功能水泥基材料性能初探[A];中国硅酸盐学会2003年学术年会水泥基材料论文集(下册)[C];2003年
5 冯奇;巴恒静;梁传栋;;二级界面对水泥基材料孔结构和性能的影响[A];中国硅酸盐学会2003年学术年会水泥基材料论文集(上册)[C];2003年
6 姚武;刘小艳;伍建平;;碳纤维水泥基材料温-阻效应研究[A];先进纤维混凝土 试验·理论·实践——第十届全国纤维混凝土学术会议论文集[C];2004年
7 余小燕;贾治龙;于良;陈宜亨;;短切纤维在不同环境下对水泥基材料断裂韧性的影响[A];《硅酸盐学报》创刊50周年暨中国硅酸盐学会2007年学术年会论文摘要集[C];2007年
8 崔素萍;徐西奎;汪澜;;水化环境对水泥基材料吸附重金属离子性能的影响[A];第十届全国水泥和混凝土化学及应用技术会议论文摘要集[C];2007年
9 谢友均;马昆林;龙广成;;硫酸盐对水泥基材料物理侵蚀的试验研究[A];第七届全国混凝土耐久性学术交流会论文集[C];2008年
10 于利刚;余其俊;刘岚;;杂化改性废橡胶粉在水泥基材料中的水化作用[A];2011中国材料研讨会论文摘要集[C];2011年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 本报记者 刘莉;显微镜下看水泥[N];科技日报;2007年
2 樊跻宇;拉法基探讨水泥基材料可持续发展[N];中华建筑报;2011年
3 驻江苏记者杜小卫;江苏水泥基材料创新成果累累[N];中国建材报;2011年
4 贺元栋;肥城米山公司携手同济大学建立水泥基材料研发实践基地[N];中国建材报;2006年
5 本报记者 周芳燕;水泥基础研究缘何受宠[N];中国高新技术产业导报;2002年
6 通讯员 刘兆启记者 沈英甲;新疆研究成功防治混凝土硫酸盐侵蚀新技术[N];科技日报;2007年
7 本报见习记者 费梦雅;建筑物也能“延年益寿”[N];江苏科技报;2013年
8 本报记者  胡春明;水泥基材料应用技术成室内防水发展趋势[N];中国建设报;2006年
9 王骅;法国高泰集团与同济大学签署合作协议[N];中国建材报;2010年
10 晓科;新疆研究成功防治混凝土硫酸盐侵蚀技术[N];中国建材报;2007年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 黄谦;电场与硫酸盐共存环境中水泥基材料的劣化及其机理研究[D];重庆大学;2017年
2 庞晓贇;水泥基孔隙材料多场多离子迁移过程研究[D];清华大学;2015年
3 李浩然;水泥基材料约束收缩试验方法研究[D];天津大学;2015年
4 李蓓;基于水泥水化的水泥基材料热—湿—碳化耦合模型研究[D];浙江大学;2016年
5 饶美娟;废弃物的粉末在水泥基材料中的水化机理及性能影响研究[D];武汉大学;2014年
6 冯攀;硫酸盐侵蚀下水泥基材料微结构模拟及损伤演变[D];东南大学;2015年
7 朱乾龙;适用于机电暂态稳定性分析的风电场等值建模研究[D];合肥工业大学;2017年
8 冯竟竟;水泥基材料高温微细观劣化与损伤过程的试验研究[D];中国矿业大学(北京);2009年
9 李清海;硬化水泥基材料热膨胀性能的研究[D];中国建筑材料科学研究总院;2007年
10 刘赞群;混凝土硫酸盐侵蚀基本机理研究[D];中南大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 田林杰;盐渍土地区水泥基材抗硫酸盐侵蚀宏观性能及微观结构研究[D];兰州交通大学;2017年
2 苏扬;水泥基梯度功能保温材料梯度结构设计及共挤制备[D];华南理工大学;2015年
3 孙婷;氧化石墨烯对水泥基材料结构与性能的影响[D];陕西科技大学;2015年
4 刘涵;水泥基电热模块的制备与表征[D];燕山大学;2015年
5 刘志成;三维织物与聚合物对GRC性能的影响研究[D];中国建筑材料科学研究总院;2015年
6 史建丽;天然纤维水泥基材料力学性能的试验研究[D];青岛理工大学;2015年
7 吕树春;输水条件下水泥基材料钙溶蚀过程及其对氯离子传输的影响研究[D];南京理工大学;2015年
8 郭思琦;水泥基高性能陶瓷墙地砖粘结剂的研究[D];西安建筑科技大学;2015年
9 魏姗姗;碳纳米管水泥基复合机敏材料的性能研究[D];山东大学;2015年
10 陈攀;纳微氧化石墨水泥基材料的性能研究[D];重庆交通大学;2015年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026