水泥基材料物相组成对其抗硫酸盐侵蚀性能的影响机理

For cementitious materials under sulfate attack, sulfate ions from environmental will react with hydration product, leading to the expansion and thus failure of materials. Therefore, the chemical constitution and phase composition of cementitious materials have a significant impact on the sulfate attack resistance. However, the phase composition now is even more complicated with the extensive use of supplementary cementitious materials (SCMs). Consequently, there is no clear relationship between the phase composition, microstructure and macroscopic properties of cementitious materials under sulfate attack..In the present project, firstly, the phase composition and element distribution of cementitious materials before and after hydration will be investigated by chemical analysis and microstructure analysis. Then, based on durability test method, the variation of phase composition, microstructure and macroscopic properties of cementitious materials under sulfate attack will be monitored, in order to clarify the effect of erosion products on the microstructure change of cementitious materials, and then the degradation of macroscopic properties. Finally, the affecting mechanism of chemical phase composition on the sulfate resistance of cementitious materials will be proposed. The achievement of this project will provide important experimental and theoretical experience for improving the durability of concrete structures in severe conditions (river, underground water, soils) containing large amounts of sulfates..

硫酸盐侵蚀过程中硫酸根离子会与水泥的水化产物发生化学反应，从而导致基体的膨胀破坏。因此，水泥基材料的物相与化学组成对于抗硫酸盐侵蚀性能存在较大的影响。但是随着矿物掺合料的大量使用，水泥基材料水化产物的物相组成愈加复杂，现有研究尚未阐明水泥基材料的物相组成与其在硫酸盐侵蚀过程中微观结构与宏观性能变化之间的关系。.本课题采用化学分析和微观测试手段定量分析水泥及矿物掺合料在水化前后的物相组成与元素分布，并根据反应基本原理和质量守恒方法找到两者之间的对应关系；基于耐久性试验方法和微观分析手段，研究水泥基材料在硫酸盐侵蚀过程中物相组成、微观结构与宏观性能的变化规律。通过实验研究，阐明硫酸盐与水化产物反应生成侵蚀产物的机理，并揭示侵蚀产物对于水泥基材料微观结构和宏观性能的影响规律，最终得到水泥基材料物相组成对其在硫酸盐侵蚀作用下服役性能的影响规律与作用机理，为提高混凝土的耐久性提供试验和理论依据。

煅烧粘土与石灰石复合胶凝材料体系是近年来提出的一种新型低碳水泥胶凝体系，能够在保证水泥基材料力学性能的同时，大幅降低传统水泥行业的能耗与碳排放。在碱性环境下，煅烧粘土中的活性氧化铝会与石灰石反应生成水化碳铝酸钙，细化孔径，提升水泥基材料的强度与抗渗性能。然而，煅烧粘土与石灰石复合胶凝体系及其水化产物含有较多的活性氧化铝，存在与硫酸盐或其他侵蚀性介质发生侵蚀反应的风险，因此其在侵蚀介质作用下的耐久性有待进一步探讨。因此本项目研究了传统水泥基材料和煅烧粘土与石灰石复合胶凝体系在硫酸盐侵蚀与的劣化规律。.本文采用全浸泡、半浸泡两种侵蚀制度，通过监测侵蚀过程中砂浆试件外观、动弹性模量、膨胀率、离子侵蚀深度等随时间的变化趋势，并结合微观分析手段系统研究侵蚀产物的组成、含量、分布等微观结构演变规律，深入探讨了煅烧粘土与石灰石复合胶凝体系在硫酸盐侵蚀和酸腐蚀作用下的劣化机理。结果表明：（1）煅烧粘土中的活性氧化铝与石灰石在碱性环境下反应生成了水化碳铝酸钙，同时降低了氢氧化钙的含量，促进了复合胶凝体系后期强度的发展。（2）在全浸泡硫酸盐侵蚀作用下，煅烧粘土与石灰石的复合掺加优化了砂浆的孔径结构，抑制了硫酸盐的扩散侵蚀，降低了砂浆试件在硫酸盐侵蚀作用下的膨胀与侵蚀破坏程度，大幅提高了砂浆试件的抗硫酸盐侵蚀能力。（3）在半浸泡硫酸盐侵蚀作用下，砂浆试件出现了明显的分区破坏特征，掺加煅烧粘土与石灰石改善了孔径结构，有效抑制了砂浆试件在液面以下区域的侵蚀破坏，但由于引入了含铝相的水化产物，加剧了液面以上区域的侵蚀破坏程度。