海洋环境下硫酸盐-镁盐对砂浆中氯离子扩散影响研究

2022-12-04李育林

公路工程 2022年5期

李育林

(广西路建工程集团有限公司广西，南宁 530001)

0 引言

本文通过模拟干湿循环耦合海水多盐环境，研究海水中硫酸盐、镁盐对水泥砂浆中氯离子传输规律的影响，探讨干湿循环-模拟海水多盐环境下硫酸盐、镁盐对氯离子传输时空分布和扩散性能影响规律，利用XRD、TG-DSC、SEM-EDS和MIP微观测试手段，揭示模拟海水多盐中硫酸盐、镁盐作用下水泥砂浆微结构演化机理。

1 原材料与方法

1.1 原材料

本文所用的水泥为湖北黄石华新水泥厂生产的PO42.5水泥，其物理性能见表1，化学组成如表2所示。所选用的细集料为厦门艾斯欧生产的ISO标准中级砂。试件成型与浸泡选用市政自来水，氯离子滴定测试选用实验室自制的去离子水，去离子水要求满足。模拟海水溶液分别采用中国国药集团生产的NaCl、MgCl6·6H2O和NaSO4等化学分析纯试剂，其纯度均大于99%。

表1 水泥的物理性能Table 1 Physical properties of cement表现密度/(kg·m-3)安定性细度45 μm筛筛余/%标准稠度用水量/%初凝时间/min终凝时间/min抗折强度/MPa抗压强度/MPa3 d28 d3 d28 d3110合格2.928.41802405.58.823.649.8

表2 水泥化学组成Table 2 Chemical composition of cement组成质量百分比/%SiO221.76Al2O35.83CaO62.69MgO1.72Fe2O33.41K2O1.22Na2O0.07SO31.09LOI1.11

1.2 试件制备与试验环境

根据《水泥胶砂强度检验方法》标准，设计水胶比0.5，胶砂比1∶3的硅酸盐水泥砂浆，将搅拌成型砂浆拌合物浇筑于40 mm×4 0 mm×160 mm试模振捣成型，后将其置于标准养护箱养护24 h后脱模，随后将砂浆试件移入标准养护室进行养护至26 d后取出烘干，考虑氯离子三维方向侵蚀的复杂性，将成型试件4个40 mm×160 mm和一个40 mm×40 mm和面用环氧树脂进行密封处理，仅留下一个40 mm×40 mm的面作为侵蚀面，确保氯离子以一维方向扩散。随后将处理砂浆试件置于自制的干湿循环试验箱中，设定干湿比为1∶3，每24 h为一个干湿循环周期。分别在不同的干湿循环箱中注入模拟海水溶液，其主要组成如表3所示，设定各种模拟溶液总氯离子为0.56 mol/L。每干湿循环15 d，将模拟海水溶液进行更换，确保各离子浓度相对稳定，总干湿循环周期为120 d。

表3 模拟海水溶液组成Table 3 Composition of simulated seawater solution溶液编号溶液组成NaClMgCl2Na2SO4总氯离子浓度/(mol·L-1)NNaCl0.56——0.56N+MNaCl+MgCl20.460.05—0.56N+SNaCl+Na2SO40.56—0.0280.56N+M+SNaCl+MgCl2+Na2SO40.560.050.0280.56

1.3 测试方法

1.3.1自由氯离子含量

将暴露30、60、90和120 d的砂浆试件进行自由氯离子滴定测试，用磨粉机对砂浆侵蚀面进行打磨，其分层深度分别为0～5、5～10、10～15和15～20 mm，将研磨后粉末收集起来，装入塑料样品袋中，然而根据JGJ/T 322—2013《混凝土中氯离子含量试验技术规范》进行自由氯离子含量测试。

1.3.2表观氯离子扩散系数

根据测定上述暴露在模拟海水溶液中砂浆在不同侵蚀深度下自由氯离子浓度，利用Fick第二定律计算其表观氯离子扩散系数，计算公式如式(1)所示：

(1)

其中，Cx， t为x深度的自由氯离子含量；Cs为试件表面自由氯离子含量；x、t为渗透深度和暴露时间；Da为砂浆试样的氯离子表观扩散系数。

1.3.3水化产物表征

选择标准养护和干湿循环120 d的砂浆试件进行磨粉取样，将一部分过0.075 mm的方孔筛粉末置于40 ℃烘箱干燥12 h，用X射线衍射(XRD)进行表征，采用荷兰PANalytical B.V.公司生产X射线衍射仪，仪器靶材为CuKα=1.540 6 Å，步长为0.019，测量时间为141.804 s /步长。将另一部分粉末进行热重分析(TGA)，采用德国耐驰Netzsch STA449F3进行表征分析，样品以10 C/min的速率从30 ℃加热到1 000 ℃，在惰性气氛下用30 ml/min的氮气进行保护。

1.3.4微观形貌表征

选择暴露120 d的砂浆试件，用切割机将砂浆侵蚀面0～5 mm深度内的试块取出，随后对试块进行干燥，后用树脂进行固化，用金相磨抛机对固化样品进行打磨、抛光处理，随后进行喷铂处理，采用德国蔡司公司生产的QUANTA FEG 450型场发射扫描电子显微镜进行形貌观察，用能谱仪对特点的区域进行元素表征。

1.3.5孔结构表征

选取上述切割砂浆试块，取1～2 g碎块置于40 ℃的真空环境中干燥12 h后进行压汞测试。使用美国麦克公司生产的Auto pore IV-9500对暴露的砂浆样品的孔径分布进行表征，压汞仪的测量孔径分析范围3.6 nm～400 μm。