海洋環(huán)境下硫酸鹽-鎂鹽對砂漿中氯離子擴散影響研究

李育林

(廣西路建工程集團有限公司 廣西，南寧 530001)

0 引言

本文通過模擬干濕循環(huán)耦合海水多鹽環(huán)境，研究海水中硫酸鹽、鎂鹽對水泥砂漿中氯離子傳輸規(guī)律的影響，探討干濕循環(huán)-模擬海水多鹽環(huán)境下硫酸鹽、鎂鹽對氯離子傳輸時空分布和擴散性能影響規(guī)律，利用XRD、TG-DSC、SEM-EDS和MIP微觀測試手段，揭示模擬海水多鹽中硫酸鹽、鎂鹽作用下水泥砂漿微結(jié)構(gòu)演化機理。

1 原材料與方法

1.1 原材料

本文所用的水泥為湖北黃石華新水泥廠生產(chǎn)的PO42.5水泥，其物理性能見表1，化學(xué)組成如表2所示。所選用的細集料為廈門艾斯歐生產(chǎn)的ISO標(biāo)準(zhǔn)中級砂。試件成型與浸泡選用市政自來水，氯離子滴定測試選用實驗室自制的去離子水，去離子水要求滿足。模擬海水溶液分別采用中國國藥集團生產(chǎn)的NaCl、MgCl6·6H2O和NaSO4等化學(xué)分析純試劑，其純度均大于99%。

表1 水泥的物理性能Table 1 Physical properties of cement表現(xiàn)密度/(kg·m-3)安定性細度45 μm篩篩余/%標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量/%初凝時間/min終凝時間/min抗折強度/MPa抗壓強度/MPa3 d28 d3 d28 d3110合格2.928.41802405.58.823.649.8

表2 水泥化學(xué)組成Table 2 Chemical composition of cement組成質(zhì)量百分比/%SiO221.76Al2O35.83CaO62.69MgO1.72Fe2O33.41K2O1.22Na2O0.07SO31.09LOI1.11

1.2 試件制備與試驗環(huán)境

根據(jù)《水泥膠砂強度檢驗方法》標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計水膠比0.5，膠砂比1∶3的硅酸鹽水泥砂漿，將攪拌成型砂漿拌合物澆筑于40 mm×4 0 mm×160 mm試模振搗成型，后將其置于標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護箱養(yǎng)護24 h后脫模，隨后將砂漿試件移入標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護室進行養(yǎng)護至26 d后取出烘干，考慮氯離子三維方向侵蝕的復(fù)雜性，將成型試件4個40 mm×160 mm和一個40 mm×40 mm和面用環(huán)氧樹脂進行密封處理，僅留下一個40 mm×40 mm的面作為侵蝕面，確保氯離子以一維方向擴散。隨后將處理砂漿試件置于自制的干濕循環(huán)試驗箱中，設(shè)定干濕比為1∶3，每24 h為一個干濕循環(huán)周期。分別在不同的干濕循環(huán)箱中注入模擬海水溶液，其主要組成如表3所示，設(shè)定各種模擬溶液總氯離子為0.56 mol/L。每干濕循環(huán)15 d，將模擬海水溶液進行更換，確保各離子濃度相對穩(wěn)定，總干濕循環(huán)周期為120 d。

表3 模擬海水溶液組成Table 3 Composition of simulated seawater solution溶液編號溶液組成NaClMgCl2Na2SO4總氯離子濃度/(mol·L-1)NNaCl0.56——0.56N+MNaCl+MgCl20.460.05—0.56N+SNaCl+Na2SO40.56—0.0280.56N+M+SNaCl+MgCl2+Na2SO40.560.050.0280.56

1.3 測試方法

1.3.1自由氯離子含量

將暴露30、60、90和120 d的砂漿試件進行自由氯離子滴定測試，用磨粉機對砂漿侵蝕面進行打磨，其分層深度分別為0～5、5～10、10～15和15～20 mm，將研磨后粉末收集起來，裝入塑料樣品袋中，然而根據(jù)JGJ/T 322—2013《混凝土中氯離子含量試驗技術(shù)規(guī)范》進行自由氯離子含量測試。

1.3.2表觀氯離子擴散系數(shù)

根據(jù)測定上述暴露在模擬海水溶液中砂漿在不同侵蝕深度下自由氯離子濃度，利用Fick第二定律計算其表觀氯離子擴散系數(shù)，計算公式如式(1)所示：

(1)

其中，Cx， t為x深度的自由氯離子含量；Cs為試件表面自由氯離子含量；x、t為滲透深度和暴露時間；Da為砂漿試樣的氯離子表觀擴散系數(shù)。

1.3.3水化產(chǎn)物表征

選擇標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護和干濕循環(huán)120 d的砂漿試件進行磨粉取樣，將一部分過0.075 mm的方孔篩粉末置于40 ℃烘箱干燥12 h，用X射線衍射(XRD)進行表征，采用荷蘭PANalytical B.V.公司生產(chǎn)X射線衍射儀，儀器靶材為CuKα=1.540 6 ?，步長為0.019，測量時間為141.804 s /步長。將另一部分粉末進行熱重分析(TGA)，采用德國耐馳Netzsch STA449F3進行表征分析，樣品以10 C/min的速率從30 ℃加熱到1 000 ℃，在惰性氣氛下用30 ml/min的氮氣進行保護。

1.3.4微觀形貌表征

選擇暴露120 d的砂漿試件，用切割機將砂漿侵蝕面0～5 mm深度內(nèi)的試塊取出，隨后對試塊進行干燥，后用樹脂進行固化，用金相磨拋機對固化樣品進行打磨、拋光處理，隨后進行噴鉑處理，采用德國蔡司公司生產(chǎn)的QUANTA FEG 450型場發(fā)射掃描電子顯微鏡進行形貌觀察，用能譜儀對特點的區(qū)域進行元素表征。

1.3.5孔結(jié)構(gòu)表征

選取上述切割砂漿試塊，取1～2 g碎塊置于40 ℃的真空環(huán)境中干燥12 h后進行壓汞測試。使用美國麥克公司生產(chǎn)的Auto pore IV-9500對暴露的砂漿樣品的孔徑分布進行表征，壓汞儀的測量孔徑分析范圍3.6 nm～400 μm。

2 結(jié)果與討論

2.1 自由氯離子含量

圖1 砂漿中自由氯離子含量分布

2.2 表觀氯離子擴散系數(shù)

圖2 砂漿中氯離子擴散系數(shù)

2.3 物相組成

圖3 干濕循環(huán)120 d試樣XRD譜圖

圖4 干濕循環(huán)120 d試樣DTG曲線

圖5 DTG計算CH和Fs含量

2.4 微觀形貌組成

(a) N

圖7 多鹽作用下砂漿試件Si/Ca-Al/Ca點分布圖

2.5 孔結(jié)構(gòu)

(a) 進汞量

3 結(jié)論