英语原文共 8 页，剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料

海水对水化水泥浆体相组成的影响

K. De Weerdt ^a,b, , H. Justnes

1. 挪威科技大学结构工程系，特隆赫姆，挪威
2. 挪威工业大学建筑和设施基础系，特隆赫姆，挪威）

摘要：已经观察到，当混凝土浸泡于海水中，相比于大体积混凝土的整体组分，海水中混凝土的最外的几个毫米层物相组成有相当大的改变。本文提出了一种新的实验设计，将水化水泥浆暴露在海水中，观察并对大体积混凝土的相位变化做详细的调查。对于浆体与海水接触前后的性质，利用XRD，DTA/ TG，ICP-MS和SEM-EDS等手段测试。与海水接触的样品中，氢氧化钙被溶蚀，形成碳酸钙和硫酸钙。可以观察到两种类型的水化水泥浆体结块。一种类型包括脱钙C-S-H和由钙矾石。其他类型主要包含M-S-H。这些发现与观察试样在长期海水的侵蚀下的结果相同，检测到在混凝土表面有富含镁的相，然后是硫酸盐和氯化物的富集区。这些相位变化的知识对更好的了解在海洋环境下混凝土的恶化有很重要。

关键词：表面结垢；氯离子结合；水合硅酸镁；弗里德尔的盐；石膏；文石

The effect of sea water on the phase assemblage of hydrated cement paste

K. De Weerdt ^a,b, , H. Justnes

（a NTNU Department of Structural Engineering, Trondheim, Norway

b SINTEF Building and Infrastructure, Trondheim, Norway)

Abstract:When concrete is exposed to sea water, it has been observed that the composition of the outer most millimeters of the concrete is considerably altered compared to the composition of the bulk concrete. The limited size of this zone complicates the investigation of the phases formed. This paper presents a new experimental set-up in which hydrated cement paste is exposed to sea water allowing a detailed inves-tigation of the phase changes observed in that zone on a bulk material. The paste was characterized before and after sea water exposure by XRD, DTA/TG, ICP-MS and SEM-EDS. In the exposed sample, calcium carbonate and calcium sulfate had formed and calcium hydroxide was depleted. Two types of agglomerates of hydrated cement paste were observed. One type consisted of decalcified C–S–H and a combination of ettringite and Cl-AFm phases. The other type consisted mainly of M–S–H. These findingsare in line with the observations on long term marine exposed samples in which the formation of a magnesium rich phase at the concrete surface is detected, followed by a sulfate and chloride enriched zone.The knowledge of these phase changes are important to obtain a better understanding of concrete dete-rioration in marine environment.

Key words:Surface scaling,Chloride binding,Magnesium silicate hydrate,Friedelrsquo;s salt,Gypsum,Aragonite

1 简介

暴露于海水中的混凝土相变化的原因很复杂，可能是各种存在于海水中的离子，例如钠，氯，镁，硫酸钙和碳酸根离子。这些离子可以以不同方式影响[1-3]混凝土的具体的相组合。大部分对混泥土在海水中的影响研究集中在氯离子在混凝土中生成氯化物后使点腐蚀的威胁增强。海水中的氯离子可以，但是，在海水中的其它离子也可以通过改变化学和/或孔隙度，甚至通过使结垢的影响混凝土性能。在先前的研究中[4,5]对在特隆赫姆峡湾10年的潮间带露出的混凝土墙元件的相位变化进行了调查。图1显示出从暴露的混凝土表面向内的元素轮廓。接近暴露表面的氯化物浓度水平低于氯离子峰值，且低于镁离子富集区高于硫酸盐富集区。进行补充的是，这些区域有表现出碳化的迹象。这些区域的改变也得到了Marchand [6]，Chabrelie [7]和Jakobsen等人[8]通过暴露于海洋的混凝土的观察。本文的目的是研究在暴露于海水中的混凝土的最外区中的水泥浆体的相位变化。这个限制区域和混凝土表面的缩放大小复杂了相得形成。

本文的目标是研究海水中混凝土最外层水泥浆体相位的变化。这个限制区和混凝土表面的可能的缩放的大小[8]复杂化所形成的相的调查。因此，设计一个新的实验装置以试图模拟这种条件，相当少的混凝土与海洋接触。在六周内过量海水被滴通过水化好的水泥浆样品。本试验在很多方面设置与真正的暴露有很大不同，例如温度波动和没有时间最少。然而，它确实允许通过一些技术，对散装材料的混凝土表面的相的形成做一个详细检查。对相位变化的空间分辨率，深度即从暴露的表面的变化的形式开始，但本文并不包括。

2 实验方案

2.1 实验材料

研究中使用的水泥是波特兰水泥型CEM i42.5 R根据en197 [ 9 ]。X射线荧光得到水泥的氧化组合物（XRF）在表1中给出。矿物组成的计算根据博格计算如表2和布莱恩细度与水泥的比密度。从特隆赫姆峡湾的海水了。电感耦合等离子体质谱法测定海水的成分（ICP-MS）在表3中给出，以及大西洋海水[ 10 ]非常相似的成分。

表一

表二

表三

图1：基本元素从暴露的混凝土表面到内部用SEM-EDS在抛光的一个10年的混凝土墙单元暴露在[ 4]特隆赫姆海湾潮间带样本。

2.2 水化水泥浆的制备方法

良好的水化水泥浆的生产符合以下步骤：约5升的水泥净浆的瓦特/碳比为0.4，没有外加剂混合与霍巴特混合机。水泥浆前三天被密封固化在塑料袋，放在5升的水杯里。接下来的四天里，放在20升的水杯里水化。在这之后，被颚式破碎机破碎后，放入旋转的圆盘磨最后磨至的最大粒径为1毫米的粉末。另外相当粉体重量40%的水的加入之前一星期的固化水泥浆的20升容器里

遵循上述过程是为了：避免CSH粗化固化温度高；由于干燥CSH避免崩溃；减少空气中的短传输时间碳化；最大限度地提高低W / C浆料在较短时间的水化程度。浆体的特点由热重分析（TGA）测试。约400毫克的水化浆体放置到900 ml氧化铝坩埚。浆体在105摄氏度干燥通过4小时氮气加热，直到约恒重。重量损失测量相对于初始质量为38%，它代表易蒸发水在水泥浆体中的量。然后将样品然后从105摄氏度1000摄氏度以10℃／min进一步加热通过用N2吹扫。没有很强的碳化被检测和蒸发的水的量确定温度在105和1000 ℃之间，大概测量为反应程度21%到90%之间。

2.3 水泥浆暴露于海水中

滴水试验装置如图2所示，海水滴到50克水泥净浆装在纤维素提取套筒，需要填补50毫升的索氏提取器提取室通过滴需要时间约30分钟，这管通过抽空和滴重新开始填充。共有100升海水滴这样到样品。整个曝光时间大约为6周。

图2：滴水试验与索氏提取室的水泥样品的设备

2.4。调查方法

曝光后，水泥浆体的样本从在索氏提取器提取（图3）和均匀到在砂浆。暴露的样品以及原有的水泥净浆为电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS）分析和热重分析（TGA）。并用X射线衍射仪分析粉末样品，用扫描电子显微镜对抛光试样的制备进行测试。通过ICP-MS分析，约5克的原始和暴露的样品通过一晚上干燥在105 ℃以测定含水量。干燥后的粉末溶于50毫升80摄氏度（1:10）HNO3，过滤1小时后得到的溶液用ICP-MS分析测定Al、Ca、Cl、Fe、K、Na、Mg和S的离子浓度。对溶液中不同元素的浓度进行测量得到干样品的相对质量。 热重分析执行梅特勒-托利多TGA/SDTA 851。将约150毫克的原始和暴露的样品称量后倒入900ml铝氧化物坩埚。首先样品烘干至恒质量于6小时40摄氏度下通过50毫升/分钟N2吹扫。然后，将样品从50摄氏度加热到1100摄氏度通过在10℃/min的速度在继续进行扫炉以50毫升/分钟的氮气的速度。这种加热顺序中样品的质量监测作为导致TG曲线的温度函数和曲线的导数是DTG曲线。

图3：在海水中打开纤维素顶针的水泥净浆样品曝光

部分原始的和暴露的样品通过硅胶干燥，进行X射线衍射（XRD）扫描使用Bruker AXS D8Focus与lynxeye超扫描进行5°和75°2theta;与增量为0.02和0.5s/step.的扫描速度。样品前装。扫描被定性地检测到变化的结晶相。在真空条件下，还用环氧树脂对样品进行了干燥。他们被平面抛光，获得一个横截面的材料和通过溅射碳获得的导电表面。本研究所使用的研究工具是JEOL JXA–8500f电子探针显微分析仪和日立S-3400N配备有牛津主编。在背散射电子（BSE）的试样进行分析，元素主要组成用波长（WDS）、能谱（EDS）分析以及映射。

3结果分析

从图4中显示ICP-MS结果，滴水试验丰富了样品与下列要素：镁（Mg）、钠（Na）和特定的（两个数量级）氯（Cl）。钙（钙）和钾（钾）在另一方面得到相当多（一个数量级），由于暴露于过多的海水。高浸钙导致样品的质量损失，这解释了观察到，Al和Fe的含量的增加。样品在这些元素中不丰富，但在这些元素的相对增加的总样本量相比，钙的大量减少。

图4：暴露于海水中的溶解水泥样品的元素分布。注意，纵坐标是对数的规模。

原始样和暴露样品的TG和DTG曲线如图5所示。测量间隔50–300℃暴露的样品与原始样品的总重量损失相差不是很多（约1%相对于质量在1000℃）。然而在DTG峰的转变可以观察指示相组成的变化。在暴露的样品与原始样品相反，有没有明显的峰值在约170至180℃，这通常与AFm相有关。第一个失重峰约在130左右℃，通常与钙矾石、石膏和松散的凝胶体，似乎暴露的样品稍大。在较高的温度下，暴露的样品和原来的差异更为突出。在原始样品中，可以观察到500℃的Ca(OH)2的独特的失重峰。这个峰似乎已完全消失在暴露的样品。相反，联系 Mg(OH)2的峰值约在400℃，出现了一个渐进的重量损失，直到750至800℃，这可能是由于分解的M–S–H [11] 和碳酸盐。图6所示的X射线衍射图表明，在滴水试验海水已经完全剥夺了氢氧化钙Ca(OH)2（CH），和水镁石，Mg（OH）2（MH），出现相反。暴露样品的衍射图表明文石、CaCO3、存在和石膏、硫酸钙、硅酸铝和钙矾石，3CaSO4 32H2O (AFt)，仍然存在。在范围从5到20℃℃2theta;在AFM阶段的主要基底反射的位置出现[12,13]在原始的和暴露的样品之间有着明

显的差别。对原始样品的衍射峰单硫酸和半碳酸盐岩有关观察暴露试样,对Kuzel和弗里德尔的盐和碳酸酯化学性质的区域宽峰。图7显示了SEM-EDS地图的暴露试样的抛光条。以下几个阶段可以观察到：石盐（NaCl）、石膏（CaSO4·2H2O），镁（Mg（OH）2）、碳酸钙（碳酸钙）。此外，有2种类型的颗粒可以从残余的水合水泥浆可以区分出来。一种类型的颗粒中含有丰富的钙，并含有硅和铝，而在

其他类型的镁似乎已经取代几乎所有的钙。BSE图像图8显示结晶碳酸钙的存在（C）和石膏（G）。可以观察到三个较大的水泥浆颗粒。在底部左边的较深的颗

图5：TG和DTG（固体）（虚线）从50到800℃原糊样品和粘贴样品暴露于海水曲线

图6：射线衍射谱的粘贴样品前（原件）和曝光于海水后（暴露）

粒是一个镁丰富的颗粒，而在中间和一个在顶部的粒子更丰富的粒子。除了轻微的灰度差的钙和镁丰富的颗粒看上去比较相似在BSE图片中,它们都包含了一

剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料

资料编号：[152383]，资料为PDF文档或Word文档，PDF文档可免费转换为Word