水泥基材料硫酸盐侵蚀过程测试与分析

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混凝土结构是目前建设工程中最为常见的结构形式之一。混凝土材料多孔性与结构服役环境复杂性,使其容易遭受到环境中的有害介质的侵蚀,常常面临严峻的耐久性问题。而硫酸盐侵蚀引起混凝土材料膨胀开裂,利于其他有害离子进入混凝土结构内部,加快混凝土结构钢筋锈蚀的进程。为了明确硫酸盐侵蚀机理,追踪硫酸根离子在混凝土内部传输过程很有必要性,对改善混凝土耐久性具有指导性意义。因此,硫酸盐侵蚀是耐久性问题研究的一项重要内容。针对硫酸盐侵蚀问题,本试验采用无损的电化学阻抗谱的方法来测试跟踪水泥净浆的硫酸盐侵蚀损伤程度,旨在为水泥混凝土的硫酸盐侵蚀程度测试提供原位非破损的监测方法。本文通过建立电化学阻抗谱模型解释水泥净浆的硫酸盐侵蚀过程,系统深入研究水泥净浆在长期浸泡与电脉冲两种侵蚀方式、不同水灰比、不同侵蚀溶液浓度下的阻抗谱行为。将X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线荧光谱分析(XRF)、X射线微观断层扫描层析技术(X-rayμCT)的结果与阻抗谱拟合结果相结合,分析水泥净浆的硫酸盐侵蚀过程,主要得出以下结论:(1)采用电化学阻抗谱方法无损跟踪测试水泥净浆试样的硫酸盐侵蚀过程的阻抗谱,基于水泥基材料内部的固/液两相之间离子传递过程,采用等效电路模型RS(Q1(Rct1W1))(Q2(Rct2W2))对其阻抗谱特性进行拟合分析,阻抗弧半径与等效阻抗曲线呈现先增大后减小的规律。(2)长期浸泡试验下,水灰比与侵蚀溶液浓度不同,Rct1变化曲线也不同,但Rct1曲线总体呈现先上升后下降的趋势(不考虑Rct1值开始下降段)。水灰比越小,Rct1值的上升段越长,密实性增大在一定程度上阻碍了硫酸根离子进入试样内部,同时延缓硫酸盐侵蚀进程。(3)长期浸泡与电脉冲加速试验下,Rct1变化曲线呈现先上升后下降的趋势,揭示了硫酸盐侵蚀过程内部孔隙演化的两阶段(不考虑Rct1值开始下降段)。第一个阶段是侵蚀产物填充孔隙阶段,即Rct1上升阶段;第二阶段是侵蚀产物引起的膨胀应力大于抗拉强度,产生裂缝,损伤演化严重,即Rct1下降阶段。同时其揭示了硫酸盐侵蚀过程经历了密实-开裂过程。(4)电脉冲加速试验下,侵蚀面的S元素强度值随侵蚀时间逐渐增大,分析切片粉末的XRD成分,有钙矾石与石膏的生成,SEM图发现侵蚀产物与裂缝出现,证明电脉冲能够加速硫酸根离子快速进入试样内部。继续加速侵蚀,SEM图与X-rayμCT结果分析,侵蚀产物再次积累在裂缝与孔隙中,再次产生微裂缝,导致试样进一步劣化。
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