干湿循环下MgCl_2侵蚀对水泥-矿渣浆体微结构影响

【摘要】：混凝土作为海洋和西部基础设施建设中最重要的材料,其胶凝材料在水化过程中形成的水化产物和微结构是决定其耐久性和服役性能的基本单元。而Mg~(2+)和Cl~-作为海洋和西部卤水环境中主要的侵蚀性离子,其对胶凝浆体微结构影响较为显著,尤其是侵蚀性离子和干湿循环耦合作用,胶凝浆体微结构将发生显著的演变,混凝土微结构破坏,力学性能退化,服役寿命缩短。本文依托“973”计划项目“严酷环境下长寿命混凝土材料微结构形成与调控”(2015CB655101),采用~(29)Si NMR、~(27)Al NMR、SEM-EDS等现代测试技术研究了标准养护和干湿循环条件下MgCl_2侵蚀对水泥-矿渣胶凝浆体水化产物相组成及C-S-H凝胶微结构的形成与演变机理。发现干湿循环MgCl_2侵蚀耦合作用下水泥-矿渣浆体C-S-H凝胶脱钙脱铝显著,掺入矿渣可削弱干湿循环MgCl_2侵蚀对C-S-H凝胶的脱钙、脱铝作用。主要研究成果如下:研究了标准养护和干湿循环作用下,MgCl_2侵蚀硅酸盐水泥浆体微结构的形成与演变规律。随着MgCl_2侵蚀浓度的增大和侵蚀龄期的延长,硅酸盐水泥浆体中Friedel盐和AFt生成量增多,C-(A)-S-H凝胶硅氧链桥位Al[4]向AFt和Friedel盐中的Al[6]转变,Al[4]/Si降低,C-(A)-S-H凝胶脱铝脱钙显著;当MgCl_2侵蚀浓度为15%时,~(29)Si NMR图谱中出现Q~3峰,结合SEM-EDS能谱分析可知,生成M-S-H凝胶;干湿循环MgCl_2侵蚀耦合作用促进了硅酸盐水泥浆体的水化,C-(A)-S-H凝胶的MCL增大,C-(A)-S-H凝胶硅氧链桥位Al[4]向Friedel盐中的Al[6]转变,C-(A)-S-H凝胶脱铝脱钙更为显著。研究了10%MgCl_2侵蚀和干湿循环耦合作用下,水泥-矿渣浆体微结构的形成与演变规律,以及掺入侵蚀性离子传输抑制剂对其微结构的影响。MgCl_2侵蚀作用下,随着矿渣掺量增加,C-(A)-S-H凝胶MCL增长幅度和Al[4]/Si降低幅度均减小,矿渣可削弱MgCl_2侵蚀对胶凝浆体中C-(A)-S-H凝胶的脱铝、脱钙作用;随着矿渣掺量增加,胶凝浆体Ca(OH)_2和AFt生成量减小,Mg(OH)_2、Friedel盐生成量增加,矿渣掺入可以提升胶凝浆体的Cl~-固化能力和抗MgCl_2侵蚀能力。干湿循环MgCl_2侵蚀较MgCl_2侵蚀,相同侵蚀龄期,Mg~(2+)和Cl~-的扩散速率增大,促进了矿渣的水化,矿渣解聚出大量Al~(3+),一部分以Al[4]配位进入C-S-H凝胶桥硅氧四面体位置,导致C-(A)-S-H凝胶MCL和Al[4]/Si均较MgCl_2侵蚀相同龄期下高,另一部分与孔溶液中的Cl~-和Ca~(2+)结合生成Friedel盐。掺入的侵蚀性离子传输抑制剂与孔隙中的Ca~(2+)络合,堵塞毛细孔,抑制了Mg~(2+)借助水分通过毛细作用进入浆体内部,有效削弱了Mg~(2+)对浆体C-S-H凝胶的侵蚀。研究了MgCl_2侵蚀对合成C-(A)-S-H凝胶微结构形成与演变的影响。MgCl_2侵蚀作用下,合成C-(A)-S-H凝胶脱钙脱铝作用显著,Mg~(2+)取代Ca~(2+)位置,生成无胶结能力的M-S-H凝胶。C-(A)-S-H凝胶中的Al~(3+)配位分布主要由桥硅氧链的Al[4]和TAH中的Al[6]向Friedel盐中的Al[6]转变。随钙硅比增大,C-(A)-S-H凝胶对Cl~-的吸附能力呈先增大后减小的趋势,Al掺杂可提升C-A-S-H凝胶对Cl~-吸附性能。