水泥基材料耐酸雨性能及作用機(jī)理研究.pdf

1、隨著現(xiàn)代工業(yè)的高速發(fā)展，環(huán)境污染日益加劇，從而在世界許多地區(qū)形成了一種獨(dú)特的天氣現(xiàn)象——酸雨，并因此對(duì)包括水泥混凝土、灰砂漿等水泥基材料在內(nèi)的一切構(gòu)造物產(chǎn)生嚴(yán)重的侵蝕破壞，從而給國(guó)家造成重大經(jīng)濟(jì)損失及材料浪費(fèi)。因此，隨著當(dāng)前降雨日益酸性化及其帶來(lái)的危害越來(lái)越嚴(yán)重，有關(guān)水泥基材料酸雨侵蝕問(wèn)題日益引起國(guó)內(nèi)外廣大科研工作者和工程技術(shù)人員的高度重視和關(guān)注。 本文主要針對(duì)目前水泥基材料酸雨腐蝕行為研究現(xiàn)狀及其在工程應(yīng)用中急待解決的關(guān)鍵技

2、術(shù)問(wèn)題，依托國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃(863計(jì)劃)項(xiàng)目—高抗?jié)B長(zhǎng)壽命大管徑隧道管片材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與工程應(yīng)用(項(xiàng)目編號(hào)：2005AA332010)，圍繞酸雨環(huán)境中水泥基復(fù)合材料的侵蝕破壞行為、礦物摻合料影響因素、破壞機(jī)理等科學(xué)問(wèn)題，開(kāi)展一系列理論與應(yīng)用技術(shù)研究，并從提高水泥混凝土抗酸雨侵蝕性能、延長(zhǎng)服役壽命角度從發(fā)，為提高大型混凝土建筑物的抗酸雨腐蝕能力，延長(zhǎng)使用壽命提供理論支撐。主要工作及成果如下： 1.水泥品種、礦物摻合料等材料

3、組成參數(shù)對(duì)材料腐蝕速度、程度均有重要影響。 2.采用礦渣水泥可在一定程度上延緩酸雨侵蝕破壞進(jìn)程，但依然會(huì)遭到酸雨嚴(yán)重的侵蝕破壞。礦渣水泥混凝土相比于普通硅酸鹽混凝土能降低混凝土在酸雨腐蝕條件下的質(zhì)量損失，其90d和150d的質(zhì)量損失率分別為普通硅酸鹽混凝土的49.6％和69.0％；礦渣水泥混凝土和普通硅酸鹽混凝土的抗壓強(qiáng)度損失和抗折強(qiáng)度損失(抗蝕系數(shù))同樣呈現(xiàn)出先增長(zhǎng)后下降的趨勢(shì)，但礦渣水泥混凝土的抵抗酸雨侵蝕的能力明顯要強(qiáng)于

4、普通硅酸鹽混凝土； 3.摻入合適的礦物摻合料可在一定程度上改善硅酸鹽水泥基材料的抗酸雨侵蝕性能。以受酸雨侵蝕180d時(shí)的表面損傷因子和內(nèi)部損傷因子為例，摻30％高鈣粉煤灰、30％礦粉、5％硅灰+25％礦粉可分別使混凝土的表面損傷因子減少9.29％、14.84％和28％，而可分別使混凝土的內(nèi)部損傷因子減少22.56％、27.45％和60.64％。但對(duì)于活性較低的低鈣粉煤灰而言，也許因?yàn)樵谠缙跁r(shí)其火山灰活性及其微細(xì)集料填充作用并沒(méi)

5、有充分發(fā)揮而致使其內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)不致密，反而對(duì)混凝土抗酸雨侵蝕性能的改善作用不大，甚至起反作用。因此，不同摻合料對(duì)普通硅硅酸鹽水泥抗酸雨侵蝕的改善作用從大到小依次為：5％硅灰+25％礦粉>30％礦粉>30％高鈣粉煤灰>30％低鈣粉煤灰。 4.在酸雨腐蝕條件下，改性高鈣灰能顯著提高砂漿抗酸侵蝕的能力，但其摻量存在最佳優(yōu)化區(qū)間，約在20％～30％之間。超過(guò)“拐點(diǎn)”后，粉煤灰對(duì)砂漿性能的劣化效果將會(huì)顯現(xiàn)； 5.摻加25％改性

6、高鈣灰對(duì)砂漿抗酸雨腐蝕強(qiáng)度損失強(qiáng)化效果非常明顯；摻入w=25％改性高鈣灰的砂漿經(jīng)過(guò)56 d模擬酸雨腐蝕后，在SEM顯微分析中可以觀察到高活性的高鈣粉煤灰顆粒所產(chǎn)生的微集料效應(yīng)、火山灰效應(yīng)，改善了混凝土的孔結(jié)構(gòu)，降低混凝土的孔隙率，使混凝土形成致密結(jié)構(gòu)，提高了混凝土的耐久性能。 6.在模擬酸雨腐蝕過(guò)程中，磨細(xì)礦粉的摻量對(duì)混凝土耐酸雨性能有明顯影響，在綜合考察砂漿質(zhì)量損失、抗壓強(qiáng)度損失、抗折強(qiáng)度損失和微觀性能變化后，筆者認(rèn)為在本實(shí)

7、驗(yàn)條件下25％摻量時(shí)礦粉對(duì)于砂漿有最佳的強(qiáng)化作用。 7.硫酸型酸雨對(duì)硅酸鹽水泥基材料的侵蝕破壞主要是由其H+和SO42-共同侵蝕破壞作用的結(jié)果：一方面，H+使硬化水泥石中的Ca(OH)2、CSH、CxAHy等物質(zhì)發(fā)生分解、轉(zhuǎn)化，而引起結(jié)構(gòu)潰散性腐蝕；另一方面，SO42-與水泥石作用，生成膨脹性的物質(zhì)CaSO4·2H2O，而引起膨脹性腐蝕。也就是說(shuō)，酸雨腐蝕機(jī)理是一種由分解腐蝕與膨脹性腐蝕共同構(gòu)成的復(fù)合型侵蝕破壞。 8

8、.酸雨最終的腐蝕產(chǎn)物主要為CaSO4·2H2O晶體以及無(wú)膠結(jié)性的SiO2·nH2O和Al2O3·nH2O膠體等，腐蝕產(chǎn)物中沒(méi)有鈣礬石AFt存在。并且，酸雨腐蝕產(chǎn)物不受酸雨中的H+或SO42-濃度的影響，但是H+、SO42-等侵蝕介質(zhì)濃度卻可影響其侵蝕破壞進(jìn)程及其破壞程度。 9.酸雨持續(xù)的侵蝕作用不斷累積，導(dǎo)致材料發(fā)生由及表及里的侵蝕破壞，并伴隨內(nèi)部結(jié)構(gòu)的損傷，直至完全潰散。外觀表現(xiàn)為最初材料表面出現(xiàn)軟化、漿化現(xiàn)象，隨后逐漸產(chǎn)生