水泥混凝土TSA破壞機理及其預防措施研究.pdf

1、水泥混凝土在硫酸鹽、碳酸鹽及低溫環(huán)境的共同作用下生成碳硫硅酸鈣(thaumasite)的過程為碳硫硅酸鈣型硫酸鹽侵蝕-TSA(the thaumasite form ofsulfate attack)。傳統(tǒng)的硫酸鹽侵蝕(鈣礬石型、石膏型等)破壞主要是導致混凝土構件的體積膨脹，開裂以至破壞。而TSA是直接導致CSH凝膠解體，逐漸由表及里使水泥石變?yōu)闊o強度泥狀物，其破壞性和隱蔽性較傳統(tǒng)硫酸鹽侵蝕更強。本文以國家自然科學基金項目(503780

2、75)和國家863項目(2002AA335050)為背景，在國內(nèi)首次系統(tǒng)研究了環(huán)境條件和材料組分等因素對水泥砂漿TSA的影響規(guī)律和機理。通過國內(nèi)西部及英國水泥混凝土TSA實例調(diào)研，探討并確定了TSA的有效鑒定方法，建立了TSA的物理化學破壞模型，并針對其發(fā)展機理提出有效的預防措施。主要取得以下結論： 1、通過國內(nèi)外相關水泥混凝土TSA現(xiàn)場及其取樣調(diào)研，確定了有效鑒別TSA的觀察及測試方法。宏觀方面：受侵蝕試件的表皮脫落，由表及里

3、的漿化，內(nèi)芯被灰白色泥狀物包裹，但內(nèi)芯強度健存，隨著時間的延續(xù)最終形成泥沙混合物。微觀方面：因thaumasite與鈣礬石晶體的XRD特征峰值極其相近，XRD分析無法證實腐蝕產(chǎn)物中是否存在thaumasite和/或鈣礬石晶體；SEM-EDS分析可證實存在大量針狀晶體物質(zhì)的主要化學成分為Ca、Si、S或Al，從而有效區(qū)分thaumasite和/或鈣礬石晶體；而FTIR和Raman波譜分析可證實thaumasite中[Si(OH)<,6>]

4、八面體基團的存在，而有效區(qū)分thaumasite和/或鈣礬石晶體。 2、同等溫濕環(huán)境下，同一硫酸鹽種類對水泥砂漿的侵蝕破壞力隨溶液濃度增加而增強；其中，Na<,2>SO<,4>溶液對砂漿的侵蝕生成了以鈣礬石為主的腐蝕產(chǎn)物；而在MgSO<,4>溶液中，砂漿會生成了以thaumasite為主的腐蝕產(chǎn)物，可證實Mg<'2+>的存在對TSA過程具有一定催化促進作用。 3、溫度效應在水泥混凝土TSA過程中的作用較為明顯。在5℃恒溫

5、、20℃恒溫及5～20℃冷熱交替溫度環(huán)境下，摻石灰石粉水泥砂漿受2％MGSO<,4>溶液侵蝕1年后都生成了明顯的thaumasite腐蝕產(chǎn)物，打破了長期以來認為混凝土結構只有在15℃以下較低溫度環(huán)境中才可能發(fā)生TSA的傳統(tǒng)觀點。 4、特種水泥(抗硫酸鹽水泥、硫鋁酸鹽水泥)在典型TSA環(huán)境下均會產(chǎn)生thaumasite腐蝕產(chǎn)物，它們均不能完全阻止TSA，但會在一定程度上延緩TSA的進程。水泥品種的抗TSA能力由高到低依次為：硫鋁酸

6、鹽水泥+普通硅酸鹽水泥復合>硫鋁酸鹽水泥>抗硫酸鹽水泥>普通硅酸鹽水泥。 5、水泥石中CH晶體是TSA的腐蝕源，抵抗TSA的關鍵在于有效控制水泥石中CH晶體含量及砂漿試件的早期強度。在典型TSA環(huán)境的低溫條件下，礦粉摻量達到60％時的抗TSA效果最佳，其不但具有早期高活性，而且可以減少水泥石中CH晶體含量；而粉煤灰因其早期活性差而導致抗TSA效果差。不同摻合料對水泥抗TSA的改善效果從優(yōu)到劣為：SL60>SF5SL25>SF8>