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摘 要

化学腐蚀中硫酸盐侵蚀是一项重要因素，在实际中硫酸盐侵蚀环境较为普遍存在，尤其是沿海地区、内陆盐湖、地下水、酸雨土壤中都存在着硫酸根离子，是混凝土溶蚀破坏的主要原因。而在硫酸盐侵蚀过程中往往伴随着其他因素作用，比如干湿交替和碳化，因此，对于这种复合作用就有必要对其进行分析研究。

本课题研究水泥基材料在硫酸盐侵蚀性介质环境条件下的性能变化规律及其作用机理，是国家973项目“城市轨道交通地下结构性能演化与感控基础理论”中课题一分支研究内容。着重研究水泥砂浆或混凝土在硫酸盐介质作用下强度、体积等性能的变化，同时考虑周围环境条件变化的复合作用对硫酸盐侵蚀进程的影响，即干湿交替、其他有害离子的复合侵蚀条件下水泥混凝土材料力学性能、内部水化产物组成及其微观结构的延时变化规律。

研究结果表明，水泥砂浆的抗折抗压强度随着浸泡龄期的增加呈先增加后降低的趋势，并且增加和降低的幅度随着溶液种类和浓度的变化而变化。

关键词：水泥砂浆 硫酸盐侵蚀 强度

ABSTRACT

Chemical corrosion of sulfate attack is an important factor in the sulfate environment, in the more widespread, especially in coastal areas, inland Saline Lake, groundwater, acid rain soil exists in both the sulfate ion, is the main reason of corrosion damage of concrete. But in sulfate erosion process is often accompanied by other factors, such as the alternation of wetting and drying and carbonization, therefore, the composite effect of this it is necessary to study its.

The research on the change law of cement-based materials performance and mechanism of medium conditions of sulfate attack, the national 973 project "the evolution of city rail traffic underground structure performance and a sense of control theory" in the 1 branch of subject research. Focuses on the study of cement mortar or concrete strength, in sulfate medium under the action of volume change of the performance, considering the composite change environmental conditions affect the sulfate process, namely, complex erosion of alternating wet and dry conditions, other harmful ion cement mixed delay variation of mechanical properties of concrete material, the internal hydration products and microscopic structure.

Flexural strength and compressive strength of the cement mortar was the trend of first increase and then decrease with the increase of age exposed to sulfate solution, and the extent of increasing and decreasing was changed by the category and concentration of the solution.

Key words：cement mortar, sulfate attack, strength

目录

摘要 Ⅰ

ABSTRACT II

目录 i

第一章 绪论 1

1.1 课题背景 1

1.2 混凝土的碳化机理 1

1.3 混凝土硫酸盐侵蚀机理 1

1.4干湿循环对混凝土硫酸盐侵蚀的影响 5

1.5干湿循环对工程结构耐久性影响 6

1.6 混凝土微观渗透机理 6

1.6.1混凝土微结构 6

1.6.2微结构对渗透性的影响 7

第二章 原料、设备和试验方法 9

2.1 试验原料及其性质 9

2.2 仪器和设备 10

2.3 试验方法 10

第三章 参比样力学性能 13

3.1 试样配比及参比样力学性能 13

第四章 干湿循环-硫酸盐侵蚀下试样宏观性能和化学分析 16

4.1干湿循环-硫酸盐侵蚀作用下试样的宏观性能 16

4.2砂浆试样表层区域SO₄^2-渗透情况 21

第五章 硫酸盐侵蚀下水泥基材料微观结构的变化 24

5.1 侵蚀试样组成的XRD分析 24

5.2 侵蚀试样微观结构的SEM和EDS分析 28

第六章 结论 31

参考文献 32

致谢 34

第一章 绪论

1.1 课题背景

我国在20世纪50年代初开始了混凝土腐蚀方面的研究，主要进行了抗硫酸盐侵蚀的试验方法和破坏机理，化学腐蚀中硫酸盐侵蚀是一项重要因素，在实际中硫酸盐侵蚀环境较为普遍存在，尤其是沿海地区、内陆盐湖、地下水、酸雨土壤中都存在着硫酸根离子，是混凝土溶蚀破坏的主要原因^[1]。而在硫酸盐侵蚀过程中往往伴随着其他因素作用，比如干湿交替和碳化，因此，对于这种复合作用就有必要对其进行分析研究。

1.2 混凝土的碳化机理

混凝土碳化是指空气中的CO₂气体与混凝土中液相的Ca(OH)₂作用，生成CaCO₃和H₂O的中性化过程，此外，水化硅酸钙以及未水化的硅酸三钙和硅酸二钙也要消耗CO₂气体^[2]。碳化改变了混凝土的化学成分和组织结构，对混凝土的化学性能和物理力学性能有明显的影响。

在大气环境下，CO₂与混凝土中的碱性物质的反应是一个很复杂的物理化学过程。水泥水化后的产物为氢氧化钙、水化硅酸钙、水化铝酸钙、水化硫铝酸钙等，其稳定存在的pH值分别为：12.23、10.4、11.43、10.17。混凝土的孔隙水为氢氧化钙饱和液，其pH值约为12~13，呈强碱性。在水泥水化过程中，由于化学收缩，自由水蒸发等诸多原因，在混凝土内部形成了许多大小各异的孔隙，大气中的二氧化碳便通过这些孔隙向混凝土内部扩散，并在水的参与下形成碳酸^[3]。碳酸与水泥水化过程中产生的可碳化物质发生反应，生成碳酸钙和其他物质。由于碳化作用，氢氧化钙变成了碳酸钙，水泥石的原有强碱性逐渐降低，pH值降至8.5左右，称这种现象为中性化。国内外研究表明^[4]，对于混凝土中的钢筋，存在两个临界pH值，其一是pH=9.88，这时钢筋表面的钝化膜开始生成，或者说低于此临界值时钢筋表面不可能有钝化膜的存在，即完全处于活化状态；其二是pH=11.5，这时钢筋表面才能形成完整的钝化膜，或者说低于此临界值时钢筋表面的钝化膜仍是不稳定的。因此，要使混凝土中的钢筋不锈蚀，则混凝土的pH值必须大于11.5。

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