摘 要

近年来，随着我国经济的腾飞，在海洋湿地、西部盐碱地和地下等恶劣环境下进行了大量的基础设施建设。为了满足施工环境的需求，提高混凝土结构抗硫酸盐侵蚀性能，延长其使用寿命具有重要意义。本文通过了解硫酸盐侵蚀的机理及影响因素，探讨硫酸盐侵蚀的方案设计、试验及试验方法，对偏高岭土对混凝土硫酸盐侵蚀的影响进行分析。在含5%硫酸钠溶液的干循环和湿循环系统下，分析了水胶比为0.5、偏高岭土含量分别为0、30%和50%的水泥基材料抗压强度的变化。分析了x射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和核磁共振(NMR)对掺偏高岭土水泥基材料微观结构表征的影响。结果表明，添加偏高岭土能有效提高水泥基材料的抗硫酸盐侵蚀性能。

关键词：水泥基材料；硫酸盐侵蚀；侵蚀机理；偏高岭土

Abstract

With the rapid development of my country's economy, a large number of infrastructure constructions have been carried out in harsh environments such as marine wetlands, western saline-alkali land and underground in recent years,. In order to satify the needs of the construction environment, it is of great significance to improve the resistance of the concrete structure to sulfate corrosion and extend its service life. By understanding the mechanism and influencing factors of sulfate erosion, this paper discusses the scheme design, test and test methods of sulfate erosion, and analyzes the effect of metakaolin on concrete sulfate erosion. Under dry and wet circulation systems containing 5% sodium sulfate solution, the compressive strength of cement-based materials with a water-to-binder ratio of 0.5 and metakaolin content of 0, 30%, and 50% were analyzed. The effects of X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscope (SEM) and nuclear magnetic resonance (NMR) on the microstructure characterization of cement-based materials doped with metakaolin were analyzed. The results show that the addition of metakaolin can effectively improve the sulfate resistance of cement-based materials.

Keywords: Cement based materials; sulfate attack; erosion mechanism; metakaolin

目 录

摘 要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1 研究背景及意义 1

1.2 国内外研究现状 2

1.2.1 硫酸盐侵蚀的概念 2

1.2.2 硫酸侵蚀机理 3

1.2.3硫酸盐侵蚀影响因素 5

1.2.4改善混凝土硫酸盐侵蚀的方法 6

1.2.5存在的问题 7

1.2.6 研究内容 7

第2章 偏高岭土对混凝土抗硫酸盐侵蚀的影响 9

2.1 原材料及样品制备方法 9

2.1.1 原材料 9

2.1.2样品制备方法 10

2.1.3测试方法 10

2.2 硫酸盐侵蚀下水泥基材料抗压强度的变化规律 11

2.2.1 抗压强度测试方法 11

2.2.2 抗压强度测试结果分析分析 11

2.3 本章小结 13

第3章 偏高岭土对硫酸盐侵蚀下混凝土中围观产物的影响 15

3.1原材料及样品制备方法 15

3.1.1 原材料 15

3.1.2 样品制备方法 15

3.2 XRD 17

3.3SEM 18

3.4 核磁共振 19

3.5本章小结 20

第4章 结论 21

参考文献 22

致谢 24

第1章 绪论

1.1研究背景及意义

水泥混凝土是今世界上产量最大的人造材料。由于经济的迅速发展，大量的基础设施建设的需要，仅我国水泥的年产量就已超过20亿吨。水泥混凝土发展至今天已有200多年的历史，通过与钢筋结构结合，集钢筋的抗拉与混凝土抗压的优点于一身，成为目前应用最广泛的结构形式。水泥混凝土具有较长的使用寿命，例如100多年前用波特兰水泥修筑的混凝土建筑物至今仍保存完好，流传至今。这些老混凝土都满足了合理的孔结构条件，因而在使用条件下在一定程度上达到了所要求的耐久性和强度的统一^[1]。近百年来，由于各种大规模建筑的兴起，对水泥及水泥基材料的强度提出了更高的要求，导致其发展趋向于通过提高强度来提升水泥混凝土的质量和使用寿命，而在一定程度上忽视了对混凝土耐久性的要求。在上世纪80年代对水工、港工、公路、桥梁等大量混凝土结构的调查中，发现耐久性破坏现象普遍存在。其他应用领域的混凝土耐久性问题也愈发尖锐，有的混凝土结构还未达到服役年限就需要进行加固修复，重者甚至会出现混凝土建筑物破坏失效、崩塌等事故，造成巨大的经济损失。因此，混凝土在所处环境和维修、使用条件下，混凝土材料抵抗各种破坏因素，在设计服役寿命内保持适用性，可靠性的能力，即耐久性，成为混凝土领域研究者更为关注的问题。混凝土耐久性问题十分复杂，如图1.1所示，常见的破坏因素有：冻融循环、钢筋锈蚀、碳化收缩、碱集料反应、硫酸盐侵蚀等^[2]；其中，由于硫酸盐侵蚀劣化机理的复杂性及多种环境因素的作用，决定了其在混凝土耐久性中的重要地位。

（a）青岛海水腐蚀 （b）混凝土的钢筋锈蚀