典型氯盐环境中富水充填材料腐蚀及劣化机理

研究富水充填材料硬化体在典型可溶性氯盐环境中抗压强度的变化,并通过扫描电镜(SEM)、能谱分析(EDS)及X线衍射(XRD)等试验手段,探讨氯盐对富水充填材料腐蚀及劣化机理。研究结果表明:富水充填材料在质量分数为10%的氯盐溶液中浸泡后抗压强度随浸泡时间延长大幅度降低,在氯化钠及氯化镁溶液中浸泡180 d后,试件强度比标养28 d的抗压强度分别降低24.3%及45.5%;富水充填材料在氯盐溶液中浸泡后内部出现氯盐结晶体,富水充填材料在氯盐溶液中浸泡28 d后便有Friedel’s盐生成;富水充填材料对氯离子存在固化作用,但固化水平较低,且氯化镁溶液对富水充填材料有交叉侵蚀作用,表明氯盐溶液对富水充填材料具有腐蚀作用。     

酸性环境中富水充填材料腐蚀及劣化机理

为了研究酸性环境对富水充填材料的影响,通过强度检测、扫描电镜、能谱分析及X射线衍射( XRD)等实验手段,分析富水充填材料在酸性环境中浸泡后的宏观性能及微观结构变化,并探讨其腐蚀及劣化机理.结果表明：富水充填材料在pH值为1和3的盐酸溶液中浸泡180 d后抗压强度比标养28 d的强度分别降低88.8%和58%,在pH值为3的硫酸溶液中浸泡后降低68%,pH值为1的硫酸溶液中浸泡后强度降为零;微观实验结果显示随着富水充填材料在硫酸溶液中浸泡时间的延长,试件内部有二水石膏生成,盐酸溶液中试件仅在pH值为1的溶液中浸泡180 d后产生二水石膏;盐酸溶液对富水充填材料的腐蚀主要为H+中和作用下硬化体结构的溶解腐蚀,硫酸溶液对材料的腐蚀为硬化体结构的溶解腐蚀和石膏的膨胀腐蚀;硫酸溶液对富水充填材料的腐蚀作用强于盐酸溶液.     

外源性硫酸盐对碳硫硅钙石生成影响研究

研究了外源性硫酸盐种类对碳硫硅钙石生成的影响.把水泥净浆试件分别浸泡于质量分数为5%的硫酸镁、硫酸钠和硫酸铝溶液中,至设定龄期后用XRD、红外光谱和激光拉曼光谱分析侵蚀产物的矿物组成与微观结构,并测定试件强度.结果显示:经此3种硫酸盐溶液浸泡180 d后的试件均生成了碳硫硅钙石;相比硫酸钠和硫酸铝溶液,硫酸镁溶液所浸泡过试件的碳硫硅钙石衍射峰较强;随着腐蚀不断进行,各试件边角表层起皮剥落,并伴有灰白色泥状物,后期强度亦有明显降低.研究表明,对水泥净浆的碳硫硅钙石侵蚀而言,硫酸镁溶液明显比硫酸钠和硫酸铝溶液显著.     

不同侵蚀条件下水泥基材料碳硫硅钙石生成速度比较

通过观察水泥净浆试件在电脉冲和常规浸泡条件下不同龄期的外观变化,并结合扫描电镜(SEM/EDS)、X射线衍射、红外光谱(FTIR)分析侵蚀产物的组成,对试件遭受硫酸盐侵蚀后碳硫硅钙石的生成速度进行了比较.结果表明:电脉冲明显加速了水泥基材料中碳硫硅钙石的生成速度.在电脉冲作用90~120天时试件内部有一个生成碳硫硅钙石的准备期,作用120天后侵蚀产物中出现大量的碳硫硅钙石;常规浸泡1年后,试件内部只检测到生成碳硫硅钙石所需的中间体,并无大量碳硫硅钙石生成.     

石灰石粉对水泥基材料抗碳硫硅钙石侵蚀破坏的定量分析

为了研究石灰石粉对水泥基材料抗碳硫硅钙石侵蚀性的影响,将掺0％,16％和30％石灰石粉的试件在温度5℃、质量分数10％的MgSO4溶液中养护,然后对不同龄期试件进行力学性能测试,并对侵蚀产物进行X射线衍射、拉曼光谱定性分析及Rietveld方法定量分析.结果表明:在温度5℃、10％ MgSO4溶液侵蚀环境下,纯水泥试件侵蚀产物中碳硫硅钙石占0.99％,掺16％和30％石灰石粉水泥试件中碳硫硅钙石分别占7.54％和12.68％,且随着石灰石粉掺量的增加碳硫硅钙石的生成量随之增多,发生碳硫硅钙石型硫酸盐侵蚀破坏的可能性增大.     

石膏种类对富水充填材料凝结硬化性能与机理的影响

针对富水充填材料的凝结性能受石膏种类影响的问题,采用X射线衍射、扫描电镜、红外光谱等微观实验,分析富水充填材料硬化体的组成,探讨二水石膏和半水石膏对富水充填材料性能影响的机理. 结果表明:以硫铝酸盐水泥-石膏-石灰为主的富水充填材料体系中,为保证正常的凝结硬化,石膏应为二水石膏;如以半水石膏为原材料,在7d龄期时仍不具有强度;二水石膏充足时生成的钙矾石晶体呈细针状,二水石膏不足时生成的钙矾石晶体为六棱短柱状;富水充填材料的强度主要来源于硫铝酸盐水泥-石膏-石灰反应生成的钙矾石,而不是水泥自身水化的水化硫铝酸钙、铝胶和氢氧化钙.     

碳硫硅酸钙型硫酸盐侵蚀测试方法

碳硫硅酸钙和钙矾石有着很相似的晶体结构及形貌,常规测试中容易将二者混淆.在分析二者物相结构的基础上,介绍和评价了电子显微分析和成分分析、X射线衍射分析、红外和拉曼光谱分析、热分析、核磁共振等测试方法在碳硫硅酸钙型硫酸盐侵蚀研究中的应用特点和不足.电子显微分析和成分分析的结合以及单一的热分析能初步判定腐蚀产物中碳硫硅酸钙的存在,X射线衍射分析很难区分二者,红外、拉曼光谱以及核磁共振能确定硅氧八面体的存在,从而证明存在碳硫硅酸钙,因此研究中宜采用多种测试方法.     

硫酸长期腐蚀环境下赤泥-煤系偏高岭土地聚合物耐久性研究

以工业废弃物赤泥和煤系偏高岭土为原料,水玻璃和NaOH的混合溶液为激发剂制备赤泥-煤系偏高岭土地聚合物(RCG)试件。探究试件养护7 d后在pH值为2的硫酸溶液中浸泡3～112 d耐酸腐蚀性能。试件抗压强度、X射线光谱分析(EDS)及扫描电子显微镜(SEM)测试结果表明,赤泥-煤系偏高岭土地聚合物的聚合反应在酸液中浸泡14 d后基本结束,酸性环境下地聚合物发生解聚并在内部结构中形成裂纹,导致其抗压强度随浸泡时间延长而逐渐降低。酸液中不同浸泡时间下RCG的应力应变曲线上升段差异明显,随浸泡时间延长上升段斜率和峰值应力呈先增大后减小的趋势,浸泡过程中弹性模量与抗压强度具有良好的相关性。以复合幂指数非线性模型为基础,并考虑长期浸泡的因素,建立了模型各参数与酸液浸泡时间D(D≥14 d)的关系,为研究硫酸长期腐蚀下赤泥-煤系偏高岭土地聚合物的应力应变曲线提供了新方法。     

硅酸盐水泥在模拟体液中降解和矿化性能

为了检测硅酸盐水泥(PC)在模拟体液(SBF)中降解和生物矿化性能,将硅酸盐水泥样品分别浸泡于模拟体液3,7及14 d后,采用X射线衍射仪(XRD)、傅里叶红外光谱(FTIR)及扫描电镜(SEM)等方法研究其生物矿化性能;并同时检测其失重率及模拟体液浸泡液的pH值变化情况.研究结果发现:随着浸泡时间的增长,硅酸盐水泥的质量增加;模拟体液在浸泡前3 d碱性较强,随后其pH值逐渐降低.X射线衍射、红外光谱图谱及扫描电镜图像表明:硅酸盐水泥浸泡3 d后,在其表面有碳酸钙生成;浸泡7 d后,其表面有碳酸羟基磷灰石生成.因此,硅酸盐水泥具有良好的生物矿化能力.     

碳酸钠液相改性硅-磷酸钙复合骨水泥研究

以质量分数70%的硅酸三钙(Ca3SiO5,C3S)和30%磷酸氢钙(CaHPO4·2H2O,DCPD)复合得到的DCP30粉体材料为固相,以不同浓度碳酸钠溶液为液相,得到碳酸钠改性骨水泥材料。使用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、万能材料试验机等手段对不同浓度改性材料进行表征。结果显示:添加碳酸钠液相,骨水泥初、终凝时间分别缩短至16和55min;调控碳酸钠液相浓度,可以实现短期抗压强度优化;使用碳酸钠后,固化自发生成羟基磷灰石(HA)。浸泡模拟体液(SBF)7天,材料表面覆盖HA沉积层,生物活性优越。碳酸钠液相改性硅-磷酸钙复合骨水泥体系的水化性能、短期力学性能以及生物活性均优于Ca3SiO5水泥和未改性硅-磷酸钙复合骨水泥,是一种良好的生物活性骨修复材料。     

富水充填材料蠕变及其硬化体内水分损失特征

为探讨富水充填材料在时效作用下的变形及其硬化体内水分损失特征,本文研究一定水固质量比的富水充填材料在不同应力水平下的蠕变性能,并通过扫描电镜观察、差热-热重分析等实验探讨充填体在蠕变过程前后的形变特征、水分损失及其与外界荷载的关系.结果表明：水固质量比为2.0的富水充填材料失稳破坏的临界应力为1.96 MPa,为其单轴抗压强度的90%；蠕变不会对富水充填材料中结合水含量造成影响；富水充填材料失稳破坏时内部结构发生非结合水的流失,非结合水含量损失相对值与所受荷载水平呈线性正相关关系；非结合水的流失导致结构内部出现更多的空隙,这些空隙在外界荷载作用下会迅速被压密,产生较大变形,导致充填体局部失稳,进而影响采空区的整体稳定.     

贝壳混合材对硅酸盐水泥性能的影响

以纯碳酸钙、贝壳和石灰石为混合材,探讨掺量变化对硅酸盐水泥性能的影响.试验表明:硅酸盐水泥掺入质量分数为5%～15%的贝壳混合材后,水泥标准稠度用水量减少.3 d、7 d抗折强度高于普通硅酸盐水泥,28 d抗折强度先增后减.28 d抗压强度损失率为石灰石-硅酸盐水泥>贝壳-硅酸盐水泥>纯碳酸钙-硅酸盐水泥.贝壳混合材最佳掺量为10%,此时减水效果最好.早期强度高,28 d抗压强度损失率最小.贝壳化学组成和微观结构使其具有颗粒形态效应、化学反应活性和微细集料填充效应,可成为石灰石混合材的良好替代品.     

纳米金属氧化物对水泥基材料力学性能的增强效应

为了区别6种纳米金属氧化物(Al2O3、CuO、ZrO2、MgO、Fe3O4和Fe2O3)对水泥基材料力学性能的贡献。通过等质量替代(2%和4%)水泥,制备水泥基材料,测试其力学性能。结果表明：纳米Al2O3、CuO、ZrO2、MgO、Fe3O4和Fe2O3均能提高水泥基材料的抗折强度和抗压强度,纳米ZrO2的增强作用最大,28d~90d时分别为34%~47%和28%~51%,纳米CuO的增强作用最小,28d~90d时分别为4%~9%和4%~10%。通过影响系数和增长速率的计算发现,6种金属氧化物对水泥基材料的促进作用主要集中在28d前,28d后的促进作用不明显。分析认为,6种纳米金属氧化物在水泥基材料中主要发挥填充作用,晶核作用和表面活性作用,达到促进水泥颗粒水化、提高其密实度和力学性能的目的。     

硫酸铵和硫酸钠溶液侵蚀下水泥土力学性质试验研究

为研究硫酸铵和硫酸钠溶液侵蚀下水泥土的力学性质,将制备的水泥土试块置于不同浓度的硫酸铵和硫酸钠溶液中进行长期(150 d)浸泡,通过无侧限抗压强度试验,得到无侧限抗压强度随侵蚀溶液浓度和侵蚀时间的变化规律,分析硫酸铵和硫酸钠溶液侵蚀对水泥土力学性质的影响。研究结果表明:硫酸铵和硫酸钠溶液对水泥土均具有侵蚀作用,浓度越大,侵蚀越显著;浸泡时间越久,侵蚀越明显;在侵蚀早期,硫酸钠浓度在一定范围内对水泥土的抗压强度增长有利,在短期内硫酸钠溶液可以提高水泥土试块无侧限抗压强度;在相同SO_4~(2-)浓度下,硫酸铵溶液侵蚀下的水泥土抗压强度要低于硫酸钠溶液侵蚀下的抗压强度,铵盐会对水泥土的力学性质产生影响;硫酸盐对水泥土的侵蚀作用要远大于铵盐对水泥土侵蚀作用。     

水泥基材料在硫酸盐结晶侵蚀下的劣化行为

采用水泥砂浆在硫酸钠溶液中半浸泡的试验方法,测试不同配比的砂浆外观形貌、抗压抗折强度等宏观性能,并通过分析砂浆孔结构、孔隙率、微观形貌以及腐蚀产物,探讨半浸泡条件下,硫酸盐结晶对砂浆造成侵蚀破坏的影响因素。研究结果表明:在半浸泡条件下,砂浆表面所生成的白色硫酸钠晶体含量与砂浆的水灰比和掺入的矿物掺合料有关;随着半浸泡时间增加,水泥砂浆表面逐渐被剥蚀,抗压抗折强度先增大后逐渐降低;砂浆中孔径在30nm以上的孔是导致砂浆受到侵蚀的主要孔隙;大量结晶物聚集在砂浆孔隙中并结晶膨胀造成了砂浆的物理结晶侵蚀;掺入适量的活性矿物掺合料能有效降低砂浆中孔径在30nm以上毛细孔的数量,提高砂浆抗硫酸盐结晶侵蚀能力。     

盐溶液环境下微生物固化技术加固钙质砂的试验研究

微生物诱导碳酸钙沉淀(microbial induced carbonate precipitation,MICP)技术已被广泛应用于土体加固,但在海水环境和盐化土环境下的应用较少且没有形成完整的系统.利用NaCl配置不同浓度的盐溶液,并采用尿素水解菌,在不同浓度的盐溶液环境下进行了MICP的细菌活性试验、水溶液试验和一维砂柱加固试验.结果表明,水溶液试验中,在NaCl存在的环境下碳酸钙的产率比无NaCl环境下显著降低,且NaCl溶液的浓度越高,碳酸钙的产率越低;砂柱试验中,加固后砂样的无侧限抗压强度随NaCl浓度的提高而降低,在低浓度环境下,无侧限抗压强度降低的幅度较大,当NaCl溶液达到一定浓度后,无侧限抗压强度降低的幅度较小;细菌活性试验表明,细菌活性随NaCl溶液浓度的提高而快速衰减是碳酸钙产率和砂柱的无侧限抗压强度快速降低的原因.研究结果表明:微生物胶结技术在加固海相土和盐化土等方面具有可行性,在工程应用中具有广阔的前景.