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钢筋锈蚀是造成钢筋混凝土结构破坏的主要原因之一,而混凝土中的氯离子是引起钢筋锈蚀的最重要因素。混凝土能固化部分氯离子,降低钢筋表面的氯离子浓度,减小氯离子的扩散速率,延缓钢筋锈蚀的发生。因此,研究混凝土中氯离子的传输与混凝土的寿命预测必须考虑混凝土对氯离子的固化作用。 本文首先开展了水泥基复合材料固化氯离子的机理研究,运用化学分析方法、X射线衍射法、高分辨率魔角旋转核磁共振波谱法、激光共聚焦拉曼光谱法研究了水泥基复合材料化学结合氯离子生成Friedel盐的机理和物理吸附氯离子的机理;其次研究了硅酸盐水泥固化氯离子的规律,建立了硅酸盐水泥固化氯离子的预测模型,通过实验数据进行了验证;最后研究矿渣本身和矿渣水泥复合胶凝材料,粉煤灰本身和粉煤灰水泥复合胶凝材料固化氯离子的规律,建立了矿渣水泥复合胶凝材料和粉煤灰水泥复合胶凝材料固化氯离子的预测模型,通过实验数据进行了验证。研究结果表明: 无论是否存在硫酸根,水泥矿物铝酸三钙(C3A)均能与氯盐直接发生反应生成 Friedel盐,不存在 C3A矿物与所有的硫酸根反应完后才能与氯离子反应生成Friedel盐的问题,探明了Friedel盐的直接反应生成机理。水化铝酸钙能够通过氢氧根与氯离子的离子交换生成Friedel盐而固化氯离子;单硫型水化硫铝酸钙能够通过硫酸根与氯离子的离子交换生成Friedel盐而固化氯离子;钙矾石不具有化学结合氯离子的能力,但可以通过物理吸附作用固化氯离子;水化硅酸钙吸附氯离子的能力与其结构有关,当水化硅酸钙的钙硅比为1.2时,水化硅酸钙硅氧四面体的平均链长为4,此时其吸附氯离子的能力最强。 随着硅酸盐水泥水化程度的增加,其固化氯离子的能力下降;随着侵蚀液中的氢氧根离子浓度升高,硅酸盐水泥固化氯离子的能力下降;与钠离子相比,侵蚀液中的钙离子能增强硅酸盐水泥固化氯离子的能力。通过硅酸盐水泥各种水化产物固化氯离子能力的经验公式,结合硅酸盐水泥水化产物的定量计算,建立了硅酸盐水泥固化氯离子的预测模型。通过实验数据验证了预测模型的可靠性。 建立了石灰-矿渣(石灰-粉煤灰)浆体中矿渣(粉煤灰)水化程度的计算公式,求出了石灰-矿渣(石灰-粉煤灰)浆体的水化程度。随着侵蚀液中的氯离子浓度升高,石灰-矿渣浆体和石灰-粉煤灰浆体固化氯离子的能力增强。随着侵蚀液中的pH值升高,石灰-矿渣浆体固化氯离子的能力降低,但与硅酸盐水泥相比,其降低的趋势更加明显;随着侵蚀液温度的升高,与硅酸盐水泥固化氯离子的情况相反,石灰-矿渣浆体固化氯离子的能力增强。与钠离子相比,侵蚀液中的钙离子能增强石灰-粉煤灰浆体固化氯离子的能力。 随着矿渣掺量的增加,矿渣水泥复合胶凝材料固化氯离子的能力先增大后减小,矿渣掺量为50%时,矿渣水泥复合胶凝材料固化氯离子能力最强。随着侵蚀液中的氯离子浓度升高,矿渣水泥复合胶凝材料和粉煤灰水泥复合胶凝材料固化氯离子的能力增强。随着侵蚀液中的pH值升高,矿渣水泥复合胶凝材料固化氯离子的能力降低。粉煤灰掺量超过30%时粉煤灰水泥复合胶凝材料固化氯离子的能力增幅不大。与钠离子相比,侵蚀液中的钙离子能增强粉煤灰水泥复合胶凝材料固化氯离子的能力。 建立了矿渣水泥(粉煤灰水泥)复合胶凝材料中矿渣(粉煤灰)水化程度的计算公式,求出了某一水化龄期时矿渣水泥(粉煤灰水泥)复合胶凝材料中矿渣(粉煤灰)的水化程度。通过矿渣(粉煤灰)本身和参比硅酸盐水泥固化氯离子的规律,建立了矿渣水泥(粉煤灰水泥)复合胶凝材料固化氯离子的预测模型。通过实验数据与预测模型计算结果对比表明,预测结果具有一定的准确性,同时粉煤灰水泥复合胶凝材料预测结果的准确度高于矿渣水泥复合胶凝材料。