硫酸盐对掺珊瑚礁砂水泥混凝土侵蚀机理研究

Coral reef and sand are in rich and supported in marine concrete. In previous study, coral reef and sand used as an aggregate is not conducive to the development of concrete performance. Coral reef and sand consist mainly of calcium carbonate. It is supposed that the coral reef and sand could be used as a concrete admixture to improve concrete performance. However, concrete would subject to severe sulfate attack. It is in need to study the mechanism of sulfate attack on cement concrete containing coral reef and sand as an admixture. This project intends to study the penetrating mechanism of sulfate ions into concrete by means of measuring the pore structure of concrete and ion dynamic analysis of pore solution. The formation process of sulfate corrosion products such as gypsum, ettringite and thaumasite was studied based on the kinetic analysis of hydration reaction. The corrosion mechanism of sulfate on concrete containing coral reef and sand as an admixture aims to be clarified based on macro and micro findings. The results are expected to reveal the corrosion mechanism of sulfate and durability of concrete containing coral reef and sand as an admixture, promote the application of coral reef and sand in marine concrete, and have very important engineering and economic significance for the construction of coast and islands.

我国珊瑚礁砂资源丰富，近年来被大力支持就地取材用于海工混凝土。以往珊瑚礁砂骨料的利用方式并不利于混凝土性能发展，珊瑚礁砂富含碳酸钙，可利用其石灰石性质，用作混凝土掺合料，改善混凝土性能，但将面临严重硫酸盐侵蚀，因而重点需要明确硫酸盐对掺珊瑚礁砂水泥混凝土侵蚀机理。本项目拟将通过混凝土孔结构特征和孔溶液离子动态分析，研究硫酸根离子在掺珊瑚礁砂混凝土中的侵入渗透机制。借助水化反应动力学分析，研究石膏、钙矾石和碳硫硅钙石等硫酸盐侵蚀产物演变过程，结合混凝土宏观破坏情况，明确硫酸盐对掺珊瑚礁砂混凝土的侵蚀机理。项目研究结果有望揭示硫酸盐对掺珊瑚礁砂混凝土的侵蚀机理和耐久性影响，促进珊瑚礁砂在海工混凝土工程中的应用以及对我国海岸和海岛工程建设具有非常重要的工程和经济意义。

在沿海或岛礁等工程建设中，就地采用珊瑚砂用于海洋混凝土工程有着切实的工程意义。珊瑚砂作为一种碳酸钙质材料，多被作为混凝土骨料使用，以及珊瑚砂粉磨后作为掺合料使用，将会面临硫酸盐侵蚀的问题。项目研究硫酸盐对掺珊瑚礁砂水泥混凝土侵蚀机理，明确石膏、钙矾石和碳硫硅钙石等硫酸盐侵蚀产物演变过程，分析总结出掺珊瑚礁砂水泥混凝土密实度和抗硫酸盐侵蚀性能的改善方法和措施。.项目通过宏观外观变化、力学强度、线性膨胀率，以及结合XRD、FTIR、MIP和SEM/EDS等分析手段，从硫酸盐侵蚀对掺珊瑚礁砂砂浆宏观性能、内部水化环境、微观组成、结构与形貌影响，以及养护条件对掺珊瑚礁砂砂浆受硫酸盐侵蚀影响四个方面开展研究工作。.研究结果表明，低掺量的珊瑚砂粉对砂浆抗硫酸盐侵蚀性能影响不明显，但随着掺量增加，试件受侵蚀程度加重。相比于石灰石粉，珊瑚砂粉引起的破坏更为严重。在常温下，主要发生石膏型与钙矾石型侵蚀，砂浆表现为膨胀开裂，裂纹延伸将导致试件断裂。低温则主要发生碳硫硅钙石型侵蚀（TSA），生成无强度、无粘结性的溃散型产物，发生质量损失且逐渐从试件表面和边角延伸至内部，导致力学强度降低，破坏结构完整性。XRD和FTIR分析证实碳硫硅钙石产物的形成，且SEM/EDS分析观测到钙矾石-碳硫硅钙石簇以及劣化的羟钙石相。掺珊瑚砂粉砂浆中主要水化产物C-S-H、Ca(OH)2、AFt等均受到侵蚀，导致试件严重劣化。相比于硫酸钠，在硫酸镁侵蚀溶液中掺珊瑚砂粉砂浆侵蚀速度更快以及程度更为严重。.掺珊瑚砂粉硫铝酸盐水泥的抗硫酸盐侵蚀性能优于抗硫酸盐水泥和普通硅酸盐水泥。SCMs与珊瑚砂复掺可改善砂浆抗硫酸盐侵蚀性能，其中SF＞Slag＞FA。掺珊瑚砂粉的硅酸盐水泥体系面临较严重的硫酸盐侵蚀问题，硫铝酸盐水泥体系和掺加SCMs有利于提高掺珊瑚砂粉水泥基材料的抗硫酸盐性能，促进珊瑚砂粉在海工混凝土中的应用。