水泥基材料对海砂型氯离子结合机制研究

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河砂作为一种不可再生资源,是混凝土结构不可缺少的原材料之一。建筑行业的快速发展导致河砂资源日益匮乏,而开发和利用海砂是一种切实可行的途径并引发广泛关注。海洋环境下海砂混凝土结构受氯盐腐蚀作用,使结构面临严重耐久性问题,而水化产物会对侵入混凝土中的部分氯离子产生结合作用,提高混凝土结构耐久性。因此,探明海砂混凝土氯离子结合机制对准确预测海砂混凝土结构使用寿命及合理进行耐久性设计至关重要。本文通过试验研究了标准养护条件、氯盐侵蚀条件及碳化条件下海砂砂浆氯离子结合性能,考察了偏高岭土、粉煤灰、氧化铝及铝酸盐水泥对海砂型氯离子结合性能的影响,采用能谱仪(EDS)、X射线衍射(XRD)、微商热重法(DTG)、压汞法(MIP)、扫描电镜(SEM)等微观测试手段探讨了氯离子结合对砂浆水化产物及孔隙结构的影响。主要研究内容及结果如下:(1)通过海砂及拌合水将相同含量的氯离子引入砂浆,研究了氯离子掺入方式对氯离子结合性能的影响,分析了不同砂浆试件氯离子结合性能随养护龄期演变规律,探讨了矿物掺合料及水泥种类对砂浆中海砂型氯离子结合性能的影响。结果表明,氯离子掺入方式影响着砂浆内部氯离子含量分布,其中海砂型氯离子存在从砂粒表面向胶凝材料区域的扩散过程,而拌合水引入的氯离子在砂浆中分布较为均匀。相比于拌合水引入氯离子,采用海砂引入氯离子研究海砂砂浆氯离子结合性能更具指导意义。10%偏高岭土掺量(质量分数)可以显著提升砂浆对两种掺入型氯离子的结合性能,随着偏高岭土掺量的进一步增加,提升作用逐渐弱化。相比于水泥砂浆,铝酸盐水泥砂浆具有更高的海砂型氯离子结合性能。(2)采用氯盐溶液浸泡的方式,研究了不同海砂砂浆试件氯离子结合性能随浸泡龄期的演变规律,探讨了矿物掺合料及水泥种类对砂浆氯离子结合性能的影响。结果表明,砂浆中海砂型氯离子的存在会降低外渗氯离子侵入量,提高砂浆抗氯离子侵蚀性能。相比于水泥砂浆,海砂型氯离子对铝酸盐水泥砂浆的孔隙结构细化效果更为显著,且铝酸盐水泥海砂砂浆对外渗氯离子具有更好的结合性能。10%偏高岭土掺量(质量分数)同样可以提高海砂砂浆对外渗氯离子的结合性能。(3)通过加速碳化的方法,研究了碳化对海砂砂浆氯离子结合性能的影响,并讨论了矿物掺合料对氯离子结合性能的影响。结果表明,碳化条件下,砂浆中氯离子含量会产生重分布,并形成两个氯离子含量峰值。碳化作用会使砂浆完全碳化区中结合氯离子几乎完全释放,随着深度的增加,对结合氯离子的释放作用逐渐降低。碳化后砂浆中氯离子结合率随深度增加可以分为三个区域:氯离子结合率低值段、氯离子结合率上升段以及氯离子结合率平稳段。
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