模擬海工環(huán)境中堿激發(fā)礦渣體系鋼筋銹蝕性能研究.pdf

1、隨著溫室效應(yīng)等環(huán)境問(wèn)題的日益加劇，綠色環(huán)保理念逐漸深入人心，而建筑業(yè)中硅酸鹽水泥(Portland Cement，PC)生產(chǎn)過(guò)程中的能耗和碳排放量在全球占據(jù)了相當(dāng)大的比重，為堅(jiān)持可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，同時(shí)滿足建筑業(yè)對(duì)水泥的需求，堿激發(fā)膠凝材料(Alkali-Activated Materials，AAMs)作為一種新型節(jié)能環(huán)保材料應(yīng)運(yùn)而生，其中研究和應(yīng)用最廣泛的是堿激發(fā)礦渣(Alkali-Activated Slag，AAS)。AAS雖然已有

2、70多年歷史，對(duì)其基本性能也已有大量研究報(bào)道，但針對(duì)體系的耐久性尤其是AAS體系混凝土中鋼筋銹蝕問(wèn)題的研究還較少，且機(jī)理解釋尚未達(dá)成共識(shí)。
　　本文結(jié)合南海島礁及濱海地區(qū)的海工環(huán)境特點(diǎn)，采用海水和海砂拌制AAS混凝土，通過(guò)模擬孔溶液試驗(yàn)和鋼筋混凝土試驗(yàn)研究了鋼筋在AAS體系中的腐蝕行為和銹蝕機(jī)理，為AAS在結(jié)構(gòu)中的使用提供一定的理論和試驗(yàn)依據(jù)。在模擬孔溶液試驗(yàn)中，通過(guò)壓濾法獲取了AAS和PC砂漿的孔溶液，使用電感耦合等離了體原子吸

3、收光譜儀(Inductively Coupled Plasma Optical Emission Spectrometry，ICP-OES)和離子色譜儀分析孔溶液的化學(xué)組成。參照孔溶液中各離子的真實(shí)濃度，考慮了氯鹽環(huán)境下不同鹽溶液對(duì)鋼筋銹蝕行為的影響，并通過(guò)以下四部分展開(kāi)研究不同pH值(9.56、11.03、12.62、13.64和14.47(OH-濃度約為2.95mol/L，暫以pH值形式作標(biāo)記)）下，含S離子（S2-、S2O32-、

4、SO32-和SO42-）鹽溶液的影響；不同濃度AlO2-鹽溶液的影響；含S離子、AlO[和SiO32-共存時(shí)鹽溶液的影響；傳統(tǒng)阻銹劑Ca(NO2)2（摻量為[NO2-]/[Cl-]=0.67）和綠色阻銹劑K2HPO4（摻量為[PO43-]/[Cl-]=1）的影響。為了從理論角度對(duì)鋼筋的銹蝕行為和銹蝕機(jī)理進(jìn)行分析，本文采用HSC Chemistry熱化學(xué)模擬軟件繪制了不同離子的鹽溶液在Fe-H2O體系中的布拜圖（即電位-pH圖）。試驗(yàn)及模

5、擬結(jié)果顯示:在鹽溶液中，適量鋁酸鹽和硅酸鹽的加入均可提高鋼筋抗氯鹽侵蝕能力;AAS模擬液的護(hù)筋性?xún)?yōu)于PC模擬液，這主要是因?yàn)锳AS孔溶液中存在含量較高的硅酸根離子;針對(duì)侵蝕性氯鹽環(huán)境的影響，Ca(NO2)2在AAS模擬孔溶液中表現(xiàn)出了較強(qiáng)的阻銹作用;此外，基于AAS體系的布拜圖與試驗(yàn)結(jié)果比較吻合，這也驗(yàn)證了布拜圖在研究AAS體系中鋼筋銹蝕時(shí)的適用性。在鋼筋混凝土試驗(yàn)中，將海水、海砂和兩種阻銹劑(Ca(NO2)2和K2HPO4)用于AAS

6、鋼筋混凝土中，通過(guò)多種電化學(xué)測(cè)試手段對(duì)鋼筋銹蝕性能進(jìn)行表征，結(jié)果顯示，混凝土中鋼筋的腐蝕行為和模擬孔溶液試驗(yàn)結(jié)果較一致，驗(yàn)證了在研究AAS體系中鋼筋銹蝕機(jī)理時(shí)，用模擬液代表簡(jiǎn)化的混凝土環(huán)境的可靠性。在模擬海洋環(huán)境的浸烘循環(huán)過(guò)程中，AAS混凝土保護(hù)鋼筋不受氯鹽侵蝕的能力和PC混凝土相當(dāng)，甚至優(yōu)于PC;海水和海砂的加入提高了AAS混凝土的強(qiáng)度，對(duì)混凝土中鋼筋的銹蝕行為影響較小;與模擬液試驗(yàn)結(jié)果類(lèi)似，在AAS鋼筋混凝土中，Ca(NO2)2的加