碱矿渣——粘土复合胶凝材料抗硫酸盐及酸侵蚀性研究

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西北盐渍土地区混凝土抗硫酸盐侵蚀性能研究

西北盐渍土地区混凝土抗硫酸盐侵蚀性能研究西北盐渍土地区混凝土抗硫酸盐侵蚀性能研究摘要：随着西北地区经济的快速发展和工业化进程的加快，盐渍土地区的基础设施建设面临着严峻的挑战。

本文通过对西北盐渍土中混凝土的抗硫酸盐侵蚀性能进行研究，旨在提供一种有效的方法来改善西北盐渍土地区基础设施的耐久性和使用寿命。

1. 引言西北盐渍土地区是指中国西部地区的一类盐碱地。

该地区的土壤富含盐分和碱性物质，给基础设施建设带来了严重的腐蚀和侵蚀问题。

其中，硫酸盐侵蚀是最严重的一种，对混凝土结构的耐久性和使用寿命造成了严重的影响。

2. 硫酸盐侵蚀机理硫酸盐侵蚀是指土壤或水体中的硫酸盐与混凝土发生化学反应，导致混凝土的破坏和变质。

硫酸盐可以与混凝土中的水化产物生成可溶性硫酸盐，进一步形成硫酸盐结晶，导致混凝土内部产生体积膨胀和裂缝。

3. 实验方法本研究选取西北地区常见的盐渍土样品和普通混凝土为研究对象。

首先，通过X射线衍射仪和扫描电子显微镜对样品进行了物相组成和微观结构的分析。

然后，采用硫酸盐侵蚀试验方法，对盐渍土样品和混凝土样品进行了一定时间的硫酸盐侵蚀实验，并测试了样品的质量损失、抗压强度和含水率等性能指标。

4. 结果与分析实验结果表明，西北盐渍土中的盐分会促进硫酸盐侵蚀的发生和发展。

与普通混凝土相比，盐渍土的质量损失更大，抗压强度降低更明显。

同时，硫酸盐的侵蚀作用会导致盐渍土中钠离子的释放和渗透性能的变化。

5. 改善措施为了提高西北盐渍土地区基础设施的抗硫酸盐侵蚀性能，可以采取以下措施：- 选用抗硫酸盐侵蚀性能较好的材料，如特种碱性胶凝材料等；- 加强基础设施的防水和防渗措施，减少水分和硫酸盐的侵入；- 对已建成的基础设施进行维护和修复。

6. 结论本研究通过对西北盐渍土地区混凝土抗硫酸盐侵蚀性能的研究，发现盐渍土对混凝土的侵蚀作用较大，会导致混凝土的质量损失和强度降低。

为了提高基础设施的使用寿命，需要采取有效的措施来改善盐渍土地区的耐久性和抗硫酸盐侵蚀能力。

碱激发胶凝材料及混凝土研究进展

碱激发胶凝材料及混凝土研究进展一、本文概述随着全球对可持续发展和环境保护的日益关注，建筑材料行业也在寻求更加环保、高效的解决方案。

碱激发胶凝材料作为一种新型绿色建筑材料，以其低能耗、低排放、高性能等特点，逐渐受到国内外研究者的广泛关注。

本文旨在综述碱激发胶凝材料及其混凝土的研究进展，以期为相关领域的研究者提供有价值的参考，并推动碱激发胶凝材料在建筑工程中的广泛应用。

文章首先介绍了碱激发胶凝材料的基本概念、特点及其发展历程，阐述了其在建筑材料领域的应用前景。

随后，重点分析了碱激发胶凝材料的制备工艺、性能优化及其混凝土的应用研究，包括材料的力学性能、耐久性、环保性等方面的研究成果。

文章还探讨了碱激发胶凝材料在实际工程中的应用案例及其优缺点，以期为其在实际工程中的推广应用提供借鉴。

通过对碱激发胶凝材料及其混凝土研究进展的梳理和总结，本文旨在为相关领域的研究者提供全面、深入的了解，为碱激发胶凝材料的进一步研究和应用提供有益的参考。

本文也期望能够激发更多的研究者关注碱激发胶凝材料这一绿色建筑材料，共同推动其在建筑工程中的广泛应用，为实现可持续发展和环境保护做出贡献。

二、碱激发胶凝材料的发展历程碱激发胶凝材料，作为一种新兴的建筑材料，其发展历程经历了从理论探索到实践应用，再到技术成熟的过程。

早在20世纪初，科学家们就开始对碱激发胶凝材料的可能性进行初步的探索和研究，当时主要集中在其基本的化学反应和性能特点上。

然而，由于当时的技术水平和认识深度有限，碱激发胶凝材料并未得到广泛的应用。

随着科技的进步和研究的深入，进入21世纪后，碱激发胶凝材料的研究取得了显著的突破。

在这一阶段，研究者们开始关注其在土木工程、建筑材料等领域的应用潜力，并进行了一系列系统的研究。

这些研究不仅深入探讨了碱激发胶凝材料的制备工艺、性能优化等关键问题，还逐步揭示了其在提高材料强度、改善耐久性等方面的独特优势。

近年来，随着全球对可持续发展和绿色建筑的日益关注，碱激发胶凝材料因其环保、节能的特性受到了广泛关注。

混凝土抗硫酸盐腐蚀机理与防治策略探究

混凝土抗硫酸盐腐蚀机理与防治策略探究1、硫酸盐侵蚀混凝土劣化机理当环境中的硫酸盐离子进入水泥石内部以后，会与水泥石中的一些固相发生化学反应，生成一些难溶物引起的。

这些难溶物一般强度很低，并且在生成时会产生体积膨胀，引起混凝土的开裂、剥落和解体，此外还会使水泥石中的CH和C-S-H等组分溶出或分解，使混凝土失去强度和粘结力。

混凝土硫酸盐侵蚀主要有以下几种[1][2]。

1.1钙矾石膨胀破坏环境中的SO42-会与水泥石中的氢氧化钙和水化铝酸钙反应生成水化硫铝酸钙（钙矾石，3CaO·Al2O3·CaSO4·32H2O）。

钙矾石是一种溶解度非常低的盐类矿物，即使在石灰浓度很低的溶液中也能稳定存在。

钙矾石晶体会结合大量的水分子，其体积比水化铝酸钙增加了2.2倍。

并且钙矾石在析出时会形成及其微细的针状或片状晶体，在水泥石中产生很大的内应力，引起混凝土结构破坏。

1.2石膏膨胀破坏当SO42- 大于1000mg/L时，同时水泥石的毛细孔被饱和石灰溶液填充的情况下，会有石膏晶体析出：Ca（OH）2+2H2O→CaSO4·2H2O+2OH-生成的CaSO4·2H2O体积增大1.24倍，导致混凝土内部膨胀应力增加而破坏；同时消耗了水泥水化生成的CH，使胶凝物质分解失去强度。

若水泥处于干湿交替状态，即使SO42-浓度不高，也往往会因为水分蒸发而使侵蚀溶液浓缩，石膏结晶侵蚀成为主导因素。

1.3MgSO4溶蚀-结晶破坏MgSO4破坏是最严重的一种，即使掺硅灰的混凝土也难以抵抗MgSO4的侵蚀。

因Mg2+与SO42-均为侵蚀源，二者相互叠加，构成严重的复合侵蚀。

除石膏或钙矾石的膨胀破坏外，还会使氢氧化钙转化为氢氧化镁，降低碱度，破坏C-S-H水化产物稳定存在的条件，使C-S-H分解，造成水泥基材强度与粘结性损失。

1.4碳硫硅钙石溶液-结晶型破坏在硫酸盐腐蚀过程中还会产生碳硫硅钙石（CaSO3·SCaSO4·CaSiO4·15H2O），其生成途径有两种，一是C-S-H与硫酸碳酸盐直接反应生成，二是由钙矾石过度相逐渐转变而成[3]。

掺入矿渣粉的混凝土抗硫酸盐侵蚀的研究

第２总第２８土抗硫酸盐侵蚀的研究
陈伟帆徐广飞，
（．１内蒙古包头市园林管理处；．钢职业技术学院建筑工程系，蒙古包头２包内０４１）１００
摘
要：章通过对包钢厂区某蓄水池的掺入矿渣粉的混凝土的研究，表述混凝土中掺入矿渣粉文来
的效应；过矿渣粉在混凝土中替代水泥质量的百分比，凝土在不同的矿渣粉掺量下的流动度、度通混强和抵抗硫酸盐侵蚀的能力，评价矿渣粉在混凝土中的作用：入一定量的矿渣粉的混凝土，工作性来掺其
２１０１年１月
内蒙古科技与经济
ＩｎｒＭｏｇｌｃｅｃｃｎｌｇｎｅｎｏｉＳｉｎｅＴｅｈｏｏｙ＆Ｅｏｏａｃｎｍｙ
Ｊｎａｙ２１ａｕｒ０１
Ｎｏ．ｔｌＮｏ．８２Ｔｏａ２２
Ｏ３，性系数Ｏ９。．１碱．１
１２．试验方法
混土凝
编号
Ｋ／ｇ。ｇ。／Ｋｇ／。／ｍｇｍｍｍＫ３Ｋｇ３
／
基准
４０７ｌ２７６２５９６１４５６１１．３ｏ．３６９０８５８３／４７．．
１试验用原材料与试验方法
１原材料的选择．１
本工程蓄水池混凝土强度设计要求为Ｃ５，Ｏ根据本地区实验材料及试验配合比数据见表１。

碱激发矿渣胶凝材料的试验研究

２试验结果与讨论
２１碱激发矿渣凝结时间的影响因素．
泥。另外，碱激发胶凝材料制备工艺简单、不需要高温煅烧、能耗低、成本低、市场广，免除了大量有害又
废气的排放，２世纪极具发展潜力的一种胶凝材是ｌ料。这类材料多以铝硅酸盐类矿物为主要原材料，而许多工业固体废弃物如矿渣、钢渣、粉煤灰和煤矸石等，主要矿物成分均为硅酸盐或铝硅酸盐类。其
（数为２７、模．）天然二水石膏。
１３试验方案．
方面是能源与资源消耗大，染大。我国的水泥生污
产每年要消耗近１ｔ，电近６０亿ｋ・，亿煤用０Ｗｈ同时还要消耗近４亿ｔ灰石和大量黏土，这些不石对
测定其凝结时问，究碱激发胶凝材料凝结时间的研
影响因素及规律。（）２以模数为１２和１６掺量为６％、、．．，８％１、０％１的水玻璃作为碱激发剂，行力学性能试验，２％进分析水玻璃的模数与掺量对纯矿渣粉料的影响。
建材技术与应用３２１／００
２１１碱掺量对碱激发材料凝结时间的影响．．以矿渣为原料，数为１２的水玻璃为碱激发模．剂，选择不同的碱掺量，其凝结时间测定结果见表１。
表１水玻璃掺量对初凝时间的影响

水泥砂浆抗硫酸盐腐蚀的研究

水泥砂浆抗硫酸盐腐蚀的研究摘要：作为基础设施建设的重要基础材料的水泥混凝土，在研究及设计方向已不再单纯以强度为主要标志，而是向强度及耐久性方向综合发展。

硫酸盐侵蚀是混凝土耐久性的一个重要内容，在此背景下，本文提出以掺矿粉和氟石膏的超硫水泥砂浆为研究对象，与传统硅酸盐水泥进行试验对比研究，从抗蚀系数、膨胀率指标面上分析超硫水泥的抗硫酸盐侵蚀性能，以期开发出以掺入矿物掺合料为特征的高性能水泥体系。

关键词：高性能水泥；耐久性；硫酸盐侵蚀Abstract: This paper presents the study to the ultra slag cement and fluorgypsum sulfur cement mortar, comparative study of traditional portland cement, ultra-sulfur cement resistance to sulfate corrosion coefficient, swelling index surface erosion performance in order to develop a high-performance cement system characterized by the incorporation of mineral admixtures.Key words: high-performance cement; durability; sulfate attack1 引言传统的硅酸盐水泥在生产过程中，不仅要消耗大量的资源和能源，而且会造成严重的环境污染。

要与不断扩大的工程发展规模相适应，最好大力开发以掺入矿物掺合料为特征的高性能水泥体系，以解决硅酸盐水泥生产中存在的资源、能源消耗高，有害气体排放量大以及耐久性差等问题。

2. 实验内容2.1制作水泥砂浆试件2.1.1实验原料实验材料为超硫水泥即硅酸盐水泥+矿粉+石膏配制的新型水泥，所用原料皆为正规厂家生产的合格产品。

碱激发矿渣胶凝材料的试验研究_杨猛

试验研究文章编号:1009-9441(2010)03-0001-03碱激发矿渣胶凝材料的试验研究杨猛1,孙小巍2,李文学3 (1.辽宁省建筑材料监督检验院,辽宁沈阳 110032;2.沈阳建筑大学,辽宁沈阳 110168;3.辽阳市工程质量监督站,辽宁辽阳 111200)摘要:通过变换碱种类、碱掺量、水玻璃模数,研究了矿渣粉在碱的作用下的强度发展规律,并对这类碱激发材料的性能进行了试验与分析。

结果表明,碱掺量增加,凝结时间越短;水胶比越小,凝结时间越短。

采用水玻璃比用N aOH的凝结时间短,水玻璃对矿渣的激发效果要优于N aOH的激发效果,模数为1.2的水玻璃当掺量达到8%时强度达到最大值。

胶砂强度随N a OH掺量的增加而增加,N aOH掺量达到10%时强度达到最大值。

关键词:胶凝材料;矿渣;碱激发中图分类号:TU528.062;TU528.04 文献标识码:A 引言硅酸盐水泥是建筑工程中不可或缺的建筑材料,其用量之大,使之成为人类使用量最大的人工材料。

然而,硅酸盐水泥本身存在着固有的不足。

一方面是能源与资源消耗大,污染大。

我国的水泥生产每年要消耗近1亿t煤,用电近600亿k W h,同时还要消耗近4亿t石灰石和大量黏土,对这些不可再生的矿物资源的持续性大量消耗,将对人类社会产生重大的影响。

另一方面,在熟料的煅烧过程中,因石灰石分解和燃料燃烧释放出大量的CO2,以及SO2、NO x等有毒气体,导致了严重的环境污染,尤其是巨大的CO2排放量在不断加剧地球的温室效应。

因此,研究胶凝材料制备的新原理,加强工业废渣的利用研究,是一项既具有科学意义,又具有实际意义的工作。

碱激发胶凝材料是近年来新发展起来的一种无机非金属胶凝材料,其抗压和抗折强度、抗酸碱侵蚀性、抗冻融性、抗碳化性能等均优于普通硅酸盐水泥。

另外,碱激发胶凝材料制备工艺简单、不需要高温煅烧、能耗低、成本低、市场广,又免除了大量有害废气的排放,是21世纪极具发展潜力的一种胶凝材料。

改性碱矿渣水泥的性能研究

ｌ０ｌ０ｌ０１０１０１０
２Ｏ２Ｏ１０１０２０２Ｏ
１５２Ｏｌ５２０１５２０
ｌｌｌｌ１ｌ５５５５
２Ｏ２０２０２０２０２Ｏ
通过考察粉煤灰、沸石、高岭土与乳胶粉对改偏
１２试验方法．
性碱矿渣水泥抗压强度、冲击性及抗冻融性等性能抗影响，优化确定改性碱矿渣水泥的组成。粉煤灰掺量为１％，０沸石掺量分别为１％、０，高岭土掺量分０２％偏
按比例称取各种原材料混合后，加入水、玻璃水和砂搅拌成砂浆，分别制备成４ｍ０ｍ×４ｒ０ｍ×１０ｍａ６ｍ
田智超等：改性碱矿渣水泥的性能研究
１７
别为１％、０，胶粉掺量分别为５，５２％乳％激发剂水玻璃掺量为２％。氯化钡采用外掺法，０掺量１％。水灰
１０
１０２０１５２０ｌ０
ｌ０
１１１ｌｌ
ｌ
ｌ５
２Ｏ
ＺＫｌ２ＺＫ２２ＺｌＰＫｌＺｌ２ＫＰＺＫＩ２ＰＺＫＰ２２
５５５０６ｏ５５５０４５
比０４。改性碱渣水泥的编号与配比见表２．０。
３结果与分析
后，样品的破损情况见图２。
由图２可知，改性碱矿渣水泥试件的抗冲击性都
性研究。１原材料与试验方法１１原材料．

碱激发胶凝材料抗酸侵蚀性的试验研究

碱性激（跳桌试验）
２０２
为研究对象，普通硅酸盐水泥（ｒｎｙＰｒａｄＣｍｎ，Ｐ）ＯｄａｏｌｅｅｔＯＣ为ｉｒｔｎ对比样，酸性侵蚀液分为５％稀硫酸溶液和４％浓硫酸溶液。０
ｏｃ砂浆试块４０Ｐ５
ＡＭ砂浆试块Ａ
收稿日期：０１１ — ２１－１０６
作者简介：洁（９９）女，胡１７・，硕士，助教，九江学院土木工程与城市建设学院，江西九江３２０３０５郑娟荣（９４）女，１６一，博士，教授，郑州大学，河南郑州４００５００
砂浆试决水泥砂浆试块碱偏高岭土试块
碱矿渣砂浆试块
浸酸莆浸酸２强度损失浸酸前浸酸２强度损失８ｄ８ｄ
ＭＰａ后／ａＭＰ
８８．６６．
３１．
５１．３２．
２７．
４．２Ｏ５．１５
２试验结果及讨论
％
Ｏ６．５５６．１
材料种类烧失量ＣＯＡ２３Ｓ２ＭｓＫ０ａ【ｉ０ＯＯ２ＮＦ２３％Ｏｅ０
２１砂浆试块浸入５稀硫酸前后的强度变化．％
砂浆试块浸酸前后的抗折抗压强度结果见表４，酸２浸８ｄ后
ｖｔｄＳａ，Ａ）ａｌＡＳ和碱激发粉煤灰（ｌａ — ｃｖｔｌ—ｓ，Ａ）ｅｇＡｋｉｔａｄＦｙａｈＡＦｌＡｉｅ
项目水
泥
表２砂浆试块配合比

水泥抗硫酸盐腐蚀探讨

水泥抗硫酸盐腐蚀检测方法的探讨冯乃谦1，邢锋2，牛全林1（1.清华大学土木水利学院，北京，100048）（2.深圳大学土木与建筑学院，广东深圳，518000）硫酸盐侵蚀是水泥混凝土结构病害劣化的主要原因之一。

例如青海湖周围环境中的混凝土结构，由于硫酸盐腐蚀，基本上是一年粉化，三年坍塌”。

我国的天津、河北、山东等省市，还有大片盐碱地。

在这些地方的混凝土结构物，也由于硫酸盐腐蚀而产生“烘根”。

广大西部地区，由于风蚀和硫酸盐腐蚀等综合作用，埋在轻盐渍土地带的水泥电杆，一年后即发现纵向裂缝，二年后即出现了纵筋和螺旋筋外露。

我国酸雨覆盖国土面积约40%，对我国混凝土结构物的腐蚀也十分严重。

以上事实说明，制订具有实用性，科学性与先进性的抗硫酸盐腐蚀的检测方法，对混凝土结构的耐久性设计至关重要。

1 国内外对水泥混凝土抗硫酸盐检测方法综述（1）我国的两个标准我国有两个标验水泥抗硫酸盐腐蚀的标准：GB/T2420-81和GB/T749-65。

前者为快速法，后期为长龄期的检测方法，对比如下：表-1 GB/T2420-81与GB/T749-65对比这两种方法都用小尺寸试件，使试件在溶液中浸泡时，SO42—能很快渗透扩散到内部，形成钙矾石或石膏膨胀，造成试件开裂损伤，抗折强度下降，抗蚀系数下降。

从理论上讲，36天或195天浸泡液中试件抗折强度应低于水中或蒸馏水中试件的抗折强度；也即抗蚀系数应小于1.0。

但事实上不是这样，如表-2的试验结果所示。

表-2 不用龄期的砂浆抗蚀系数（按GB/T749-65）水中或溶液中浸泡龄期（月）胶凝材料种类1 2 3 4 5 6 低热水泥HPC2 1.11 1.50 1.27 1.34山铭水泥0.86 1.08 1.18 1.19高性能水泥HPC1 1.25 1.31 1.42 1.394个月浸泡的试验结果证明，随着龄期增长，三种胶凝材料的抗蚀系数不断提高。

一个月龄期时，山铭水泥的抗蚀系数为0.86，4个月龄期时也提高到1.19了。

碱激发胶凝材料研究现状

碱激发胶凝材料研究现状摘要：本文综述了碱激发胶凝材料的研究背景、发展现状、制备工艺、形成机理以及潜在的应用前景进行了综述;碱激发胶凝材料的活性激发方式做了分析，综合分析了碱激发胶凝材料作为结构材料研究的局限性，并提出当前研究存在的问题和今后研究的发展方向。

关键词：碱激发胶凝材料;混凝土；力学性能；耐久性；综述1.研究背景硅酸盐水泥是建筑工程中不可或缺的建筑工程材料，其用量之大，使它成为人类使用量最大的人工材料。

硅酸盐水泥在近二百年的实验中，将其生产工艺、生产设备、粉磨设备、质量检验及控制方法等都取得了巨大的进步。

其性能相对硅酸盐水泥稳定，价格相对低廉，可以满足社会基础建设的需要。

从工业与民用建筑到水利、公路、桥梁、隧道等都大量地使用硅酸盐水泥(1)。

然而，硅酸盐水泥本身存在固有的不足，其一，能源与资源消耗大，污染大。

在制作过程中会产生诸多缺点：①需消耗大量优质的燃料②需消耗大量的电能③需消耗近4亿吨石灰石和大量粘土这些不可再生的矿物资源④因石灰石分解和燃料燃烧释放出大量的，以及，等有毒气体，导致严重的环境污染，其中尤以巨大的排放量给地球的温室效应不断添加沉重砝码。

随着工业的发展，产生了大量的工业废渣，如废渣不能被有效利用，一定造成环境污染、能源与资源浪费等许多问题。

这些问题迫使我们去研究和开发更多更加符合科学发展观的新材料。

因此，研究胶凝材料是近年来新发展起来的一种新型无机非金属胶凝材料，它的抗压抗折强度、抗酸碱侵蚀性、抗冻融性、耐久性能、渗透率、耐高温性能、隔热等性能均优于普通硅酸盐水泥。

另外，碱激发胶凝材料制备工艺简单、无需烧制、能耗低、成本低、市场广，是21世纪最具发展潜力的一种胶凝材料。

这类材料多以铝硅酸盐类矿物为主要原材料。

许多工业固体废弃物如：钢渣、矿渣、粉煤灰等，主要矿物成分均为硅酸盐或铝硅酸盐类。

所以这些工业固体废弃物均可作为制备碱激发胶凝材料的主要原材料，这将为充分利用工业固体废弃物开辟一条新的途径。

碱激发复合体系快速胶凝材料的性能研究

研究探讨碱激发矿渣胶凝材料是指以强碱为激发剂，以水淬高炉矿渣为被激发材料的一种新型胶凝材料，与传统的水泥基材料相比，碱激发矿渣胶凝材料具有快硬早强、优良的耐化学侵蚀性、耐高温性和固结重金属的性能等[1,2]，可在部分环境替代水泥制备新型胶凝材料，其应用可显著减少碳排放[3,4]，符合我国“碳达峰、碳中和”的绿色发展之路，是《2030年前碳达峰行动方案》和《建材行业碳达峰实施方案》等国家或部委鼓励推广应用的新型胶凝材料。

现实生活中，一些交通道路老化，出现局部坑洞需要修复；城市更新时各种地下管线的埋设或维修频繁，也经常破坏道路，如何减少道路局部修复对交通的影响，需要充分考虑。

另外，在一些极端条件下，比如地震、自然灾害、战争等影响，一些公路、桥梁、机场等基础设施极易受损，但其又是灾后救援行动的生命线，灾后交通的快速修复是保障国家社会经济活动正常运转和及时挽回人民生命财产的必要条件，这些都急需研发高性能的道路快速修补材料[5-8]。

本文以磨细矿渣、加密硅灰、碱激发剂、粗细骨料和钢纤维为原材料制备复合胶凝体系道路快速修补材碱激发复合体系快速胶凝材料的性能研究*黄启林（三明市公路事业发展中心，福建三明365004）摘要：为测试前期研发的碱激发复合体系快速胶凝材料的工程应用性能，采用优选的两种配合比用于工程试验段，并测试了碱激发复合体系快速胶凝混凝土不同龄期的抗压、抗折强度、耐久性和耐磨性等性能，并进行了相关分析。

结果表明：①优选的两种碱激发复合体系快速胶凝材料的配合比，4h 抗折强度分别达到4.5MPa 和4.7MPa ，满足道路快速抢修和通车的要求；②地聚物早期强度增长较快，后期强度增加较慢，不存在后期强度衰减的情况；③两种配合比的单位面积磨耗量分别为2.45kg/m 2和2.26kg/m 2，渗水高度分别为8mm~12mm 和5mm~8mm ，28d 收缩量分别为508×10-3mm 和412×10-3mm ，28d 碳化深度值分别21.1mm 和18.2mm 、氯离子渗透深度分别为10.3mm 和8.2mm ；④掺加钢纤维有利于提高地聚物的抗压和抗折强度，有利于提高其耐久性能。

碱激发矿渣微粉胶凝材料的组成、结构和性能的研究

碱激发矿渣微粉胶凝材料的组成、结构和性能的研究碱激发矿渣微粉胶凝材料的组成、结构和性能的研究引言：随着建筑业的迅猛发展和环保意识的增强，矿渣微粉胶凝材料作为一种环境友好型材料正逐渐受到关注。

碱激发矿渣微粉胶凝材料以其优良的力学性能和持久性能成为修复和加固混凝土结构的有效手段。

本文研究了碱激发矿渣微粉胶凝材料的组成、结构和性能，以期促进其在实际工程中的应用。

一、组成1.1 矿渣微粉矿渣微粉是通过对矿渣进行细磨而得到的一种能够替代水泥的材料。

矿渣微粉的主要化学成分包括硅酸盐、铝酸盐和铁酸盐等，其特点是颗粒细度小、活性高。

1.2 碱激发剂碱激发剂是一种能够激发矿渣微粉水化反应的化学物质。

常用的碱激发剂有氢氧化钠、氢氧化钙、氢氧化钾等。

碱激发剂的添加能够促进矿渣微粉的活性。

1.3 混凝土掺量混凝土中添加矿渣微粉的掺量对碱激发矿渣微粉胶凝材料的性能有着重要的影响。

一般来说，适宜的掺量范围为30%~50%。

二、结构2.1 碱激发矿渣微粉胶凝物质的结构碱激发矿渣微粉胶凝物质的结构主要包括颗粒和孔隙两个部分。

颗粒主要指矿渣微粉颗粒的堆积结构，孔隙则是指胶凝物质中的孔隙。

2.2 矿渣微粉与胶凝物质的结合机制矿渣微粉与碱激发剂在水中发生反应，产生凝胶和水化产物，凝胶填充在矿渣微粉颗粒之间，形成胶凝物质的结构。

这种结合机制使得碱激发矿渣微粉胶凝材料具有一定的强度和持久性能。

三、性能3.1 力学性能碱激发矿渣微粉胶凝材料的力学性能主要包括抗压强度、抗拉强度、弯曲强度等指标。

与水泥相比，碱激发矿渣微粉胶凝材料的强度稍逊，但仍然能够满足一定的工程要求。

3.2 耐久性能碱激发矿渣微粉胶凝材料的耐久性能是其长期使用的关键指标。

研究表明，碱激发矿渣微粉胶凝材料在耐碱、耐海水侵蚀、耐硫酸盐侵蚀等方面具有较好的性能。

3.3 隔热性能碱激发矿渣微粉胶凝材料具有较好的隔热性能，能够有效降低建筑物的能耗。

这主要得益于矿渣微粉的颗粒细小和孔隙结构。

碱矿渣胶凝材料的固砂特性及抗硫酸盐侵蚀性能

镁和氧化钙均为工业生产，配置硫酸盐溶液的硫酸钠为化学纯。

通过X 射线荧光光谱分析分别对水泥、矿渣、氧化镁和氧化钙化学组成进行分析。

2.2 不同路基固化剂实验材料制备2.2.1 配比设计和试样制备根据大量文献查阅以及调研，确定粒化矿渣和碱性激发剂质量配比为9:1时可以最大化激发其潜在活性，其具体配比如表1所示。

因为实验分析主要针对其无侧限抗压强度和抗腐蚀性，因此试验样品需要两种。

首先将砂浆分为三层依次装入Φ40mm ×80mm 的PVC 模具，并且每层振荡1min 排除试样中气泡，成型后进行封顶覆盖置于室温下进行1d 养护后拆除模具，再次在养护室进行3d 、7d 和28d 养护进而进行无侧限抗压强度测定。

同时将剩余样品进行28d 养护使用5%硫酸钠溶液进行浸泡，每30d 更换一次溶液。

表1 固化剂的配比数据GGBS-MgO 04003601280200GGBS-CaO4036012802002.2.2 试验测试方法试验测试主要是测定其流动性、无侧限抗压强度、pH 值测试和质量变化率。

必要的话会采用XRD 、SEM 和LF-NMR 等仪器分析方法从微观上对其结构变化进行观察，从而探讨碱性激发剂在提高固化剂效果方面的具体作用机理。

3 结果分析3.1 固结砂的固结特性3.1.1 流动性PC 、GGBS-MgO 组和GGBS-CaO 组的流动度分别为118mm 、145mm 和150mm ，与PC 组相比，GGBS-MgO 组和GGBS-CaO 组的流动度分别提高了23%和27%。

0 引言交通运输网络是经济发展的动脉，俗语“要想富先修路”就是对交通运输业在经济发展中的重要性的确切描述，古人也有兵马未动粮草先行，如果不能控制和建设良好的交通要道，就不能对各种经济项目进行建设。

在新的道路建设过程中，自然状态下的路基常常因为填料松散等原因造成稳定性和强度较差，需要对其进行改良加固，常用的加固方法有排水固结、碾压密实、土壤替换和化学固结等方法，并且在对老路进行维修的过程中，也常常需要对路面不均匀沉降带来的开裂进行路基加固，化学固结法是常用的方法。

抗蚀水泥的组分设计与性能研究

（）２试验条件下的高抗硫酸盐侵蚀能力的复合胶凝材料的最佳配比为：矿物掺合料与水泥的掺量比为７３矿物掺合料中矿渣：，
与粉煤灰掺量比为４６水玻璃掺量与矿物掺合料总量比为７：，％。
关键词：渣；煤灰；玻璃；硫酸盐侵蚀性能矿粉水抗
ｏｅｐｒｌｎｅｎ，ｎｈｅｔｒｐｒｉｎｏｏｏｎｉｈｓｌｔ— ｅｉａｃｅｎｉｇｍａｅａｓｍｉｅａｍｉｔｒ／ｅｎ＝ｆｔｏｔｄｃｍｅｔａｄｔｅｂｓｐｏｏｔｆｍｐｕｄｈｇ — ｕｆｅｒｓｓｎｅｃｍｅｔｔｒｌｈａｏｃａｔｎｉｗａｎｒｌｘｕｅｃｍｅｔ
￣ＩＹ类号：ＱＩ２Ｕ１．５Ｉ＞ｔＴ７；２４１＋
文献标识码：Ｂ
文章编号：０７０８（００Ｏ — ９０１０ — ３９２１）５１ — ３
Байду номын сангаас
抗蚀水泥的组分设计与性能研究
王馨，屈雅，王琦，杜钊（济南大材学料科学与工程学院，山东济南２０２）５２０
ＡｂｔａｔＳａ，ｙａｈａｄｃｍｅｔｅｅｍｉｅｔｒｐｒｉｎｕｄｒｈｘｉｔｎｏｔｒｌｓ，ｎｏｏｎｅｎｉｏｓｍａｅｉｓｒｃ：ｌｇｆｓｎｅｎｒｘｄａｐｏｏｔｎｅｅｅｃｔｉｆｌｗａｏｔａｏｗａｅａｓａｄａｃｍｐｕｄｃｍｅｔｉｕｔｒｇｔ — ａａｒｄｃｄａｄｉｕｆｔｅｉｔｎｅｗａｔｄｅ．Ｏｔｏｏａｓｗａｏｏｇｔｈｅｔｒｐｒｏ，ｎｙＸＲＤｎＥＭｈｌｓｐｏｕｅ，ｎｔｓｌｅｒｓｓａｅｓｓｉｄｒｈｇｎｌｅｔｓｔｋｔｅｅｂｓｏｏｔｎａｄｂｗｓａｕｔｏｔｐｉａｄＳｔｅ

纳米硅粉改良碱渣-矿渣固化淤泥的抗硫酸镁侵蚀性能

第42卷第4期2023年4月硅㊀酸㊀盐㊀通㊀报BULLETIN OF THE CHINESE CERAMIC SOCIETY Vol.42㊀No.4April,2023纳米硅粉改良碱渣-矿渣固化淤泥的抗硫酸镁侵蚀性能何㊀俊,管家贤,吕晓龙,张㊀驰(湖北工业大学土木建筑与环境学院,武汉㊀430068)摘要:利用纳米硅粉对碱渣-矿渣固化淤泥抗硫酸镁侵蚀性能进行改良,对MgSO 4溶液浸泡后的固化淤泥试样开展无侧限抗压强度㊁核磁共振和X 射线衍射试验,研究硅粉掺量㊁养护龄期㊁浸泡时间对固化淤泥强度的影响规律及其微观机理㊂研究表明:在标准养护条件下,当硅粉掺量为3%(质量分数)时固化淤泥试样的孔隙体积最小,无侧限抗压强度最大,生成水化铝酸钙等产物㊂在MgSO 4侵蚀环境下,标准养护7d 试样具有很好的抗侵蚀能力,当硅粉掺量为3%(质量分数)时固化淤泥抗MgSO 4侵蚀能力最好,无侧限抗压强度随浸泡时间的增加而增大;标准养护28和60d 时,固化淤泥抗MgSO 4侵蚀能力减弱㊂建立了固化淤泥无侧限抗压强度与硅粉掺量及浸泡时间的关系式,预测了最危险条件和最低强度㊂适量的纳米硅粉可增加固化淤泥中水化速度和程度,减少钙矾石的生成量及其不利影响,达到提高碱渣固化淤泥抗MgSO 4侵蚀性能的目的㊂关键词:纳米硅粉;碱渣;海相淤泥;MgSO 4侵蚀;无侧限抗压强度;微观结构中图分类号:TU411.3㊀㊀文献标志码:A ㊀㊀文章编号:1001-1625(2023)04-1344-09Anti-MgSO 4Erosion Performance of Soda Residue-Ground Granulated Blast Furnace Slag Solidified Soil Modified by Nano-SilicaHE Jun ,GUAN Jiaxian ,LYU Xiaolong ,ZHANG Chi(School of Civil Engineering,Architectural and Environment,Hubei University of Technology,Wuhan 430068,China)Abstract :Nano-silica was used to improve the anti-MgSO 4erosion performance of solidified soil with soda residue and ground granulated blast furnace slag.The unconfined compressive strength (UCS),nuclear magnetic resonance and X-ray diffraction tests were carried out on solidified soil soaked in MgSO 4solution.The influences of nano-silica content,curing time and soaking time on strength and microstructure of solidified soil were studied.The results show that the sample with 3%(mass fraction)nano-silica content shows the smallest pore volume and highest UCS,and the products such as calcium aluminate hydrate are generated under standard maintenance conditions.In MgSO 4erosion environment,the samples cured for 7d have good erosion resistance.When the silica powder content is 3%(mass fraction),the solidified soil has the best anti-MgSO 4erosion performance,and the unconfined compressive strength increases with the increase of soaking time.For the samples cured for 28and 60d,the anti-MgSO 4erosion performance is weaker.The functional relationship between UCS of solidified soil and nano-silica content and soaking time is given,and the minimum UCS is predicted.Appropriate nano-silica promotes the hydration rate and degree for solidified soil and reduces the generation of ettringite and its adverse effects,which improves anti-MgSO 4erosion performance for solidified soil with soda residue.Key words :nano-silica;soda residue;marine soft soil;MgSO 4erosion;unconfined compressive strength;microstructure 收稿日期:2022-11-04;修订日期:2023-01-15基金项目:国家自然科学基金面上项目(41772332)作者简介:何㊀俊(1977 ),女,博士,教授㊂主要从事环境岩土工程方面的研究㊂E-mail:hjunas@ 0㊀引㊀言在滨海城市,围海造陆是解决土地资源紧张问题的重要手段[1]㊂近年来,滨海地区常将海相沉积淤泥作为围海造陆的主要原料㊂海相沉积淤泥以细颗粒为主,具有含水率高㊁孔隙比大和固结性能差等特点[2],㊀第4期何㊀俊等:纳米硅粉改良碱渣-矿渣固化淤泥的抗硫酸镁侵蚀性能1345采用无机固化剂固化处理是改善其性质的有效方法㊂其中,水泥是固化处理常使用的固化剂,但在生产过程中存在高能耗和高排放问题,而且水泥固化土的耐腐蚀性较差㊂Mg2+和SO2-4浓度是腐蚀评价的主要指标,韩鹏举等[3]研究不同浓度MgSO4溶液中水泥固化土表观形貌和强度的变化规律,发现其强度随着MgSO4浓度的增加而减小㊂刘泉声等[4]对侵蚀环境下水泥固化土耐久性的研究发现,Mg2+㊁Cl-和Na+降低了水泥固化土的强度,浸泡时间超过90d使强度产生明显衰减㊂闫楠等[5]发现海水环境下水泥固化土的劣化深度随时间的增长而增大,海水中侵蚀性离子对水泥水化产物的生成有抑制和消耗作用㊂为改善侵蚀环境中水泥固化土性质,许多学者尝试研究高效和环保的固化剂,以提高软土的强度和抗侵蚀性㊂吴燕开等[6]钢渣替代部分水泥用于固化海相软土可提高固化土的抗海水侵蚀能力㊂王子帅和王东星[7]将高炉矿渣㊁粉煤灰㊁硅灰和电石渣等工业废渣协同水泥固化滨海地基土,发现固化土在MgSO4侵蚀环境中受SO2-4侵蚀和Mg2+胶结弱化双重作用,导致固化土孔隙增大,强度在7d内有一定增长后持续降低㊂碱渣是氨碱法生产纯碱时产生的废弃物,其治理和再利用成为近年来研究的热点㊂杨爱武等[8]利用滨海软土㊁碱渣㊁水泥㊁生石灰㊁粉煤灰和发泡剂等制成碱渣固化轻质土,为碱渣的有效处理提供了参考㊂He等[9]以碱渣-矿渣作为淤泥固化剂,发现固化淤泥抗氯盐侵蚀能力强,但侵蚀作用形成的微观裂缝及疏松结构导致其抗MgSO4侵蚀能力较弱,如何提高碱渣-矿渣固化淤泥的抗MgSO4侵蚀能力还有待于深入研究㊂纳米SiO2(硅粉)是一种高活性无定形物质[10],可提高早期水化反应的速度和程度[11],从而有效提高水泥基材料的抗侵蚀性,因此一般选择纳米硅粉作为外掺剂来提高砂浆㊁混凝土和水泥土的抗侵蚀能力㊂Wu 等[12]研究发现纳米硅粉可降低砂浆的吸水率和渗透孔隙体积,使Ca(OH)2减少,C-S-H增加,从而增强试样在H2SO4侵蚀环境中的强度稳定性㊂Kunther等[13]发现纳米硅粉可降低水泥砂浆的钙硅比和膨胀率,从而提高砂浆的抗硫酸盐侵蚀能力㊂王文军等[10]将纳米硅粉作为外掺剂用于水泥土改性,发现纳米硅粉可显著提高水泥土强度,固化机理为水泥凝结硬化㊁火山灰反应㊁离子交换反应和填充效应㊂曾庆军等[14]在水泥土中加入0%㊁2%和4%(质量分数)的纳米硅粉,在Na2SO4溶液和纯水中养护后进行无侧限压缩试验,发现硫酸盐环境可加速纳米硅粉与水泥水化产物的二次反应,大幅增加水泥土的强度㊂通过以上研究可以发现,掺加纳米硅粉对于提高砂浆㊁混凝土和水泥土的强度和抗侵蚀性能是可行的㊂目前,纳米硅粉在提高碱渣-矿渣固化淤泥抗侵蚀性能的适用性相关研究尚未开展㊂本文在前期研究的基础上,开展纳米硅粉改良碱渣-矿渣固化海相淤泥的MgSO4溶液侵蚀试验,探讨纳米硅粉掺量㊁侵蚀溶液浓度㊁养护龄期和浸泡时间等对固化淤泥强度的影响规律和作用机理,以期为提高碱渣固化淤泥抗MgSO4侵蚀性能和耐久性提供技术支持㊂1㊀实㊀验试验用土取自天津南港滨海相沉积淤泥,其基本物理指标见表1㊂该淤泥呈流塑-软塑状态,属高压缩性㊁欠固结土及中灵敏淤泥质黏土,其矿物成分见图1,主要有石英㊁白云母㊁伊利石和方解石等㊂淤泥主要含有SO2-4㊁Cl-㊁Mg2+侵蚀性离子,含量分别为3200.4㊁10031.1和1143.0mg/kg,易溶盐含量大于1.0% (质量分数),属氯盐渍土;场区地下水矿物化度较高,受海水影响较大㊂表1㊀试验所用淤泥的基本物理指标Table1㊀Basic physical indexes of soil used in testWater content(mass fraction)/%ρ/(g㊃cm-3)Specific gravity Void ratio Liquid limit/%Plastic limit/%47.4 1.76 2.74 1.2741.523.8试验选用固化剂包括碱渣(soda residue,SR)㊁矿渣(ground granulated blast furnace slag,GGBS)和电石渣(carbide slag,CS),矿物组成见图1㊂碱渣主要化学成分及质量百分比为CaO(66.46%)㊁SO3(11.27%)㊁SiO2(8.6%)和Cl元素(6.72%),由碳酸钙㊁二水硫酸钙和氯化钠等组成;矿渣主要化学成分为CaO(38.60%)和SiO2(33.90%),由钙铝黄长石㊁硅酸二钙和铝酸三钙等组成;电石渣主要化学成分为CaO(89.71%),主要矿物成分为氢氧化钙,起激发矿渣活性的作用㊂硅粉购自中航中迈科技有限公司,平均粒径20nm,比表面积240m2/g,为白色球形颗粒㊂1346㊀资源综合利用硅酸盐通报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第42卷图1㊀试验用土和固化剂的XRD 谱Fig.1㊀XRD patterns of soil and solidified agents 试样制备时,首先将淤泥风干后研磨过2mm 筛,参考淤泥天然含水率加水搅拌至淤泥初始含水率为50%;为防止碱渣中二水硫酸钙失水变为半水硫酸钙,碱渣采用60ħ烘干,其他固化剂也都采用60ħ烘干至恒重;将淤泥与烘干的碱渣㊁矿渣㊁电石渣和硅粉混合均匀,密封静置24h 使水分分布均匀㊂开展的试验包括无侧限抗压强度(unconfined compressive strength,UCS)试验㊁X 射线衍射(X-ray diffraction,XRD)和核磁共振(nuclear magnetic resonance,NMR)测试㊂UCS 试验:采用分层击实法制样,将混合土分3层装入内径3.91cm㊁高8.0cm 的钢模中击实㊂在温度为(20ʃ2)ħ㊁湿度大于95%的标准养护箱养护至设定龄期后,将试样浸泡在溶液中,定期轻轻搅拌溶液使溶液均匀并避免触碰到试样㊂浸泡至设定时间后取出试样测试无侧限抗压强度㊂XRD 测试:为检测侵蚀性离子对固化淤泥矿物成分的影响,在UCS 试验结束后,收取断裂面试块,干燥后研磨过75μm 筛进行XRD 测试㊂采用Cu K α辐射为0.154nm 的BrukerD8Advance 系统(BrukerAXS,Madison,WI,USA),扫描速度为5(ʎ)/min,扫描范围5ʎ~75ʎ,通过Jade 软件分析矿物成分㊂NMR 测试:为检测硅粉对固化淤泥孔隙分布的影响,采用苏州纽迈股份有限公司生产的核磁共振岩心分析仪(MicroM12-025VR)进行NMR 测试㊂将混合土分2层装入内径18mm㊁高30mm 的亚克力模具中击实,在标准养护箱内养护至设定龄期后,真空抽气饱和试样;然后将试样装入核磁共振仪试样管中进行测试,反演得到弛豫时间T 2分布曲线㊂固化淤泥浸泡试验方案见表2㊂其中,固化剂掺量通过预试验确定,其比值为质量比;参考文献[10,12,14]中纳米硅粉掺量,选择硅粉与干土质量分数为0%~4%;养护龄期设为7~60d,浸泡时间设为7~60d㊂浸泡溶液为MgSO 4溶液,根据前期研究[9]和文献[3-4]选取离子浓度,浓度设定为15和30g /L㊂表2㊀固化淤泥浸泡试验方案Table 2㊀Soaking test scheme of solidified soilWater content /%m (dry soil)ʒm (SR)ʒm (GGBS)ʒm (CR)Nano-silica content ω/%Soaking solution Curing time N /d Soaking time M /d50100ʒ20ʒ10ʒ40,1,2,3,4MgSO 4(15and 30g /L)7,28,600,7,14,28,60㊀㊀注:后文用N7+M28表示标准养护7d 后在溶液中浸泡28d 的试样,以此类推;表中的%均指质量分数㊂2㊀结果与讨论2.1㊀标准养护条件下硅粉掺量的影响标准养护条件下固化淤泥无侧限抗压强度与硅粉掺量的关系见图2㊂1)硅粉掺量对固化淤泥的无侧限抗压强度有一定的影响:当ω<3%时,ω对UCS 的影响不大,在一定的范围内波动;当ω=3%时,不同养护龄期时UCS 均达到最大,3%为最优硅粉掺量;当ω=4%时UCS 有所降低,其原因在于当硅粉掺量较大时,未参与反应的纳米硅粉不仅没有凝胶作用,还可能起到分散作用[10]㊂2)当养护龄期(7d)较短时,不加硅粉试样的UCS 为485.90kPa,ω=3%对固化淤泥强度的提高效果明显,UCS 为855.55kPa,后者是前者的1.76倍㊂当养护龄期较长时,ω=3%对固化淤泥强度有一定提高效果,例如养护28d 时不加硅粉试样和ω=3%试样的UCS 分别为1160.82kPa 和1346.57kPa,后者是前者的1.16倍㊂这表明纳米硅粉的掺入可能有助于提高固化淤泥中水化速度,对提高固化淤泥早期强度效果好,与水泥土的规律一致[10]㊂3)随着养护龄期的增加,固化淤泥的无侧限抗压强度增大,从7d 增至28d 时UCS 有明显提高;28d 时水化反应已较为充分,当养护龄期从28d 增至60d 时UCS 增大不明显,甚至有的试样UCS 还有所减少㊂这第4期何㊀俊等:纳米硅粉改良碱渣-矿渣固化淤泥的抗硫酸镁侵蚀性能1347㊀图2㊀标准养护条件下不同硅粉掺量固化淤泥的无侧限抗压强度Fig.2㊀Unconfined compressive strength of solidified soil with different nano-silica content under standard curing conditions 可能与淤泥中易溶盐含量较高㊁且碱渣中也含有Cl -和SO 2-4有关,即在没有侵蚀性溶液浸泡的情况下,混合土中存在一些侵蚀性离子,内部侵蚀可能造成固化淤泥强度劣化[4]㊂标准养护7d 时不同硅粉掺量试样的NMR 测试结果见图3㊂其中:弛豫时间T 2可反映孔隙大小,其值与孔径成正比,信号强度可反映不同孔径对应的孔隙数量[15];试样孔隙率n 是通过核磁共振测试过程中校准样n 和T 2面积之间的关系反算得到[15]㊂可以看出,固化淤泥T 2分布呈双峰形态,从左到右分别为主峰和次峰,对应小孔隙和大孔隙的分布㊂当硅粉掺量从0%增至4%时,主峰对应信号强度最大值分别为745.61㊁783.01㊁855.04㊁760.67和811.76,表明在硅粉掺量较小(ω=1%和2%)和较大(ω=4%)时,小孔隙数量较多㊁体积较大,不加硅粉和ω=3%时小孔隙体积相对较小㊂从次峰来看,随着硅粉掺量的增加,大孔隙峰值对应信号强度先减小后增大,在ω=3%时大孔隙峰值对应信号强度(59.58)最小,不到ω=0%时信号强度(124.32)的1/2,表明适当掺量的硅粉对于减少固化淤泥中大孔隙体积有明显效果㊂当ω=3%时试样小孔隙和大孔隙体积小,试样的孔隙率(8.60%)也最小,孔隙结构密实,其无侧限抗压强度最大㊂当ω=4%时,未反应硅粉的分散作用导致结构疏松㊁孔隙增大,因此次峰峰值对应信号强度变大,孔隙率也较大㊂图3㊀标准养护7d 时硅粉掺量对固化淤泥T 2分布和孔隙率的影响Fig.3㊀Effect of nano-silica content on T 2distribution and porosity of solidified soil after being cured for 7d 图4㊀标准养护条件下固化淤泥的XRD 谱Fig.4㊀XRD patterns of solidified soil under standard curing conditions标准养护条件下固化淤泥的XRD 试验结果见图4㊂1)除来自原材料的石英㊁白云母㊁碳酸钙(CaCO 3)和氯化钠(NaCl)等矿物外,固化淤泥中还检测出水化铝酸钙(C-A-H )㊁水化硅酸钙(C-S-H )㊁钙矾石(Ca 6Al 2(SO 4)3(OH )12㊃26H 2O )㊁水化氯铝酸钙(Ca 4Al 2O 6Cl 2㊃10H 2O)和水化亚氯酸钙(Ca 3Cl 2O 4㊃2H 2O)等水化产物,这些物质的生成是提高固化淤泥强度的主要原因[16]㊂在碱渣和电石渣提供的碱性环境下,淤泥和碱渣中活性Al 2O 3和SiO 2与电石渣中Ca(OH)2发生水化反应生成C-A-H 和C-S-H [17];碱渣中CaSO 4㊃2H 2O 与矿渣中铝酸钙㊁电石渣中Ca (OH)21348㊀资源综合利用硅酸盐通报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第42卷等反应生成具有膨胀填孔作用的钙矾石[18];碱渣和淤泥中的氯盐与Ca(OH)2等反应产生水化氯铝酸钙和水化亚氯酸钙[19]㊂2)养护龄期为7d 时,与不加硅粉试样相比,当ω=3%时试样中钙矾石㊁水化氯铝酸钙和C-A-H 衍射峰增强,NaCl 衍射峰减弱㊂加入适量硅粉可促进水泥水化反应的进行[10,19],在碱渣固化淤泥中同样如此,液相中浓度较大的Ca 2+会抑制硅酸钙㊁铝酸钙水化反应,而掺入纳米硅粉可吸附并消耗Ca 2+,加速铝酸钙水化生成C-A-H,从而使固化淤泥的结构更为密实,与NMR 测试结果一致㊂另外,由于C-S-H 一般呈胶体状,结晶度较低,其衍射峰普遍偏低,但可以看出当ω=3%时C-S-H 衍射峰有所增强㊂3)随着养护龄期的增加,ω=3%固化淤泥中C-A-H 衍射峰明显增多㊁增强,钙矾石衍射峰有所增强,使固化淤泥的强度明显增大㊂另外,当ω=3%时养护7d 试样中NaCl 衍射峰很弱,但养护28d 时试样中NaCl 衍射峰较强,而水化氯铝酸钙衍射峰较弱,表明长期养护过程中淤泥与碱渣中Cl -对固化淤泥起到一定的劣化作用[5],水化氯铝酸钙发生分解,又以NaCl 晶体存在于试样中㊂2.2㊀侵蚀环境和时间的影响不同标准养护龄期时,15g /L 的MgSO 4溶液侵蚀作用下试样UCS 与硅粉掺量及浸泡时间的关系见图5㊂可以看出:1)当养护龄期为7d 时,不同硅粉掺量条件下浸泡时间对试样强度影响规律性不强,ω=0%和4%时UCS 随浸泡时间的增加略有减小,而ω=3%时UCS 随浸泡时间的增加而明显增大㊂当ω=3%时MgSO 4溶液中浸泡28d 试样UCS 达到1261.31kPa,比浸泡前UCS(855.35kPa)增大近1/3㊂这表明短期养护后,3%硅粉对固化淤泥的抗MgSO 4侵蚀能力有明显提高㊂2)当养护龄期为28d 时,不同硅粉掺量条件下强度随浸泡时间的增加而减小㊂其中,ω=1%时试样浸泡时间超过28d 后出现明显破坏,无法测试强度,故试样N28+M60的UCS 为0kPa㊂当浸泡7d 时试样UCS 在ω=3%仍最大,浸泡28d 或60d 时硅粉掺量对强度影响较小;浸泡时间从28d 增至60d 时,试样UCS 变化很小㊂3)当养护龄期为60d 时,强度随浸泡时间的增加而下降的趋势同养护28d 试样相同;但当ω=3%时,固化淤泥浸泡60d 强度大于浸泡28d 强度,试样N60+M60的UCS 为879.30kPa,高于其他硅粉掺量试样;ω=4%时试样强度也较高㊂因此长期养护后3%的硅粉可以使固化淤泥抗MgSO 4侵蚀能力提高㊂4)当浸泡时间一定㊁纳米硅粉掺量增加时,试样UCS 不是单调变化的,其主要原因是土样㊁固化剂㊁纳米硅粉㊁侵蚀环境的共同作用比较复杂㊂如前所述,土样和固化剂中含有侵蚀性离子,在养护和浸泡过程中存在内部侵蚀和外部侵蚀问题;纳米硅粉对早期水化反应起到加速作用,而掺量过大时又有分散作用㊂这些因素的共同作用导致UCS 随ω有一定波动,但当ω=3%时试样强度较高㊂图5㊀MgSO 4溶液浸泡时间对固化淤泥无侧限抗压强度的影响Fig.5㊀Effect of soaking time of MgSO 4solution on unconfined compressive strength of solidified soil 综合来看,加入适量纳米硅粉可以提高碱渣固化淤泥的抗MgSO 4侵蚀性能,最优掺量为3%㊂MgSO 4溶液浸泡试样XRD 谱见图6㊂第4期何㊀俊等:纳米硅粉改良碱渣-矿渣固化淤泥的抗硫酸镁侵蚀性能1349㊀1)海相淤泥在形成过程中受海水的影响,土中含有Cl -㊁Na +㊁SO 2-4和Mg 2+等侵蚀性离子,且碱渣中也含有CaSO 4㊃2H 2O 和NaCl,因此经过浸泡后固化淤泥的主要成分没有发生变化,与图4中检测出主要物质相同㊂2)对于不加硅粉㊁标准养护7d 的试样(图6(a)),在MgSO 4溶液浸泡28d 后钙矾石衍射峰明显增强,表明MgSO 4侵蚀环境使固化淤泥生成大量钙矾石㊂钙矾石具有膨胀性,大量钙矾石将使固化淤泥出现微观裂缝㊁形成疏松结构[9],从而使固化淤泥的强度降低㊂对于ω=3%㊁标准养护7d 试样,浸泡28d 后钙矾石衍射峰相比于浸泡前没有明显变化,且钙矾石衍射峰低于不加硅粉试样,其原因在于铝酸钙水化生成钙矾石的速度较快,当CaSO 4㊃2H 2O 耗尽且硅粉掺量适量时,部分钙矾石可能转化为单硫型水化铝酸钙[10],其膨胀性低于钙矾石,使固化淤泥的结构较为密实,强度相应增大㊂3)对于ω=3%㊁标准养护28d 试样(图6(b)),随着浸泡时间的增加,C-A-H 衍射峰有所减弱而钙矾石衍射峰有所增强,其原因是在MgSO 4溶液中,C-A-H 与SO 2-4反应生成钙矾石[20]㊂与养护7d 试样不同,养护28d 后水化反应已较充分,孔隙结构已较致密,侵蚀性环境下再生成的钙矾石则会对结构产生不利影响㊂同时,C-A-H 作为填充土体孔隙的重要水化产物,其含量减低使得试样强度降低,由此导致固化淤泥长期养护后抗MgSO 4溶液侵蚀的能力下降㊂图6㊀MgSO 4溶液浸泡后固化淤泥的XRD 谱Fig.6㊀XRD patterns of solidified soil after being soaked in MgSO 4solution 2.3㊀高浓度MgSO 4溶液对固化淤泥强度的影响试验初步计划还对30g /L 的MgSO 4溶液侵蚀作用开展研究,但长期浸泡时高浓度MgSO 4溶液侵蚀性很强,一些试样在溶液中发生崩解破坏,仅有少量数据,30g /L 的MgSO 4溶液对固化淤泥无侧限抗压强度的影响见图7㊂可以看出,将固化淤泥短期养护后浸泡在高浓度MgSO 4侵蚀环境中,纳米硅粉对提高碱渣固化淤泥的抗侵蚀性能效果并不明显,ω=1%时强度很低,当ω=4%时强度略高于不加硅粉试样㊂标准养护7d 试样在高浓度MgSO 4溶液中继续浸泡至10d 左右时即发生崩解破坏㊂当试样养护60d 后,适当掺量的纳米硅粉对于提高固化淤泥抗高浓度MgSO 4侵蚀性能起到一定的作用,在ω=3%时浸泡14d 后试样UCS 为898.71kPa,在ω=4%时强度也较高,为732.32kPa,高于ω=0%~2%试样㊂初步研究表明,对于高浓度MgSO 4侵蚀环境,增加养护龄期和适量的硅粉掺量可增强固化淤泥的抗侵蚀能力,但还有待于后续继续研究㊂2.4㊀多元非线性回归分析选取数据较全面的养护28和60d 试样,对15g /L 的MgSO 4侵蚀作用下试样的UCS 进行多元非线性回归分析㊂以硅粉掺量ω和浸泡时间t 为自变量,无侧限抗压强度为因变量,二次回归模型为UC ^S =a +bω2+cωt +dt 2+et (1)式中:UC^S 为无侧限抗压强度计算值,a ㊁b ㊁c ㊁d ㊁e 为回归系数㊂初步分析发现,ω一次项的影响不明显,因此在回归模型中未设置㊂可以得到养护28和60d 试样无侧限抗压强度与ω及t 的关系式分别为1350㊀资源综合利用硅酸盐通报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第42卷UC ^S 28=1089.12+10.30ω2-0.40ωt +0.41t 2-38.30t (2)UC ^S 60=1072.70+3.70ω2+0.60ωt +0.30t 2-27.80t (3)回归模型的方差分析结果见表3㊂可以看出,模型F 值均远大于F 0.05(2,17)=3.59,表明回归方程与试验数据拟合较好,根据上述关系式可以预测MgSO 4侵蚀环境下固化淤泥的无侧限抗压强度㊂图7㊀30g /L 的MgSO 4溶液对固化淤泥无侧限抗压强度的影响Fig.7㊀Effect of 30g /L MgSO 4solution on unconfined compressive strength of solidified soil表3㊀方差分析Table 3㊀Analysis of varianceCuring time /dSource of variance SS T d f SD F Statistical significance R 2Regression 2479051.5721239525.8028Difference 116223.09176836.35181.31High 0.96Summation2595274.6819 Regression 896374.482448187.2460Difference 92608.75175447.5782.27High 0.91Summation 988983.2219 ㊀㊀注:SS T 为偏差平方和,d f 为自由度,SD 为标准差,F 为检验统计值,R 2为相关系数㊂根据式(2)和(3)得到UC^S 与ω和t 的关系见图8㊂可以看出,养护龄期为28和60d 时在15g /L 的MgSO 4侵蚀作用下,适当增加硅粉掺量对于提高固化淤泥的抗侵蚀性能具有积极作用;固化淤泥的强度随硅粉掺量的增加而增大,随浸泡时间的增加呈现明显减小后小幅增大的趋势㊂当养护龄期为28d 时,UC ^S 在ω=0.98%㊁t =47.22d 处达到最小值186.04kPa;当养护龄期为60d 时,UC ^S 在ω=0%㊁t =50.68d 处达到最小值434.33kPa㊂总体来看,浸泡时间为40~60d 时固化淤泥的UC ^S 处于较低水平㊂图8㊀无侧限抗压强度与硅粉掺量和浸泡时间的关系Fig.8㊀Relationship between unconfined compressive strength of solidified soil and nano-silica content and soaking time㊀第4期何㊀俊等:纳米硅粉改良碱渣-矿渣固化淤泥的抗硫酸镁侵蚀性能1351 3㊀结㊀论1)标准养护7d时,掺量为3%试样强度为855.55kPa,为ω=0%试样强度的1.76倍㊂适量掺量纳米硅粉对碱渣-矿渣固化淤泥的无侧限抗压强度有较好的提升效果,其原因在于生成钙矾石㊁水化氯铝酸钙和C-A-H等物质使试样结构更为密实㊂2)在15g/L的MgSO4的侵蚀环境中,ω=3%时,养护7d试样强度随浸泡时间的增加而增大,短期养护后固化淤泥具有很好的抗MgSO4侵蚀能力;养护28和60d试样强度随浸泡时间的增加而减小,但增大硅粉掺量可提升固化淤泥的抗MgSO4侵蚀能力㊂3)标准养护7d试样在MgSO4侵蚀环境下,ω=0%时生成大量膨胀性钙矾石,而ω=3%时钙矾石没有明显变化,这是硅粉改良固化淤泥具有良好抗MgSO4侵蚀能力的原因㊂对于标准养护28d试样,随着浸泡时间的增加,ω=3%时C-A-H有所减少而钙矾石有所增多,养护28d后水化反应已较充分㊁孔隙结构已较致密,新生成的钙矾石会对结构产生不利影响,导致长期养护后抗MgSO4侵蚀能力有所下降㊂4)对标准养护28和60d试样强度进行多元非线性回归分析,得到15g/L的MgSO4溶液侵蚀作用下固化淤泥无侧限抗压强度与硅粉掺量和浸泡时间的关系式㊂固化淤泥强度随硅粉掺量的增加而增大,随浸泡时间的增加先明显减小后小幅增大㊂参考文献[1]㊀尚金瑞,杨俊杰,孟庆洲,等.围海造陆填土技术及其应用研究[J].中国海洋大学学报(自然科学版),2015,45(6):100-107.SHANG J R,YANG J J,MENG Q Z,et al.Filling technology and application of reclamation project[J].Periodical of Ocean University of China,2015,45(6):100-107(in Chinese).[2]㊀杨爱武,闫澍旺,杜东菊,等.碱性环境对固化天津海积软土强度影响的试验研究[J].岩土力学,2010,31(9):2930-2934.YANG A W,YAN S W,DU D J,et al.Experimental study of alkaline environment effects on the strength of cement soil of Tianjin marine soft soil[J].Rock and Soil Mechanics,2010,31(9):2930-2934(in Chinese).[3]㊀韩鹏举,白晓红,赵永强,等.Mg2+和SO2-4相互影响对水泥土强度影响的试验研究[J].岩土工程学报,2009,31(1):72-76.HAN P J,BAI X H,ZHAO Y Q,et al.Experimental study on strength of cement soil under Mg2+and SO2-4interaction influence[J].Chinese Journal of Geotechnical Engineering,2009,31(1):72-76(in Chinese).[4]㊀刘泉声,柳志平,程㊀勇,等.水泥土在侵蚀环境中的试验研究和等效分析[J].岩土力学,2013,34(7):1854-1860.LIU Q S,LIU Z P,CHENG Y,et al.Experimental study and equivalent analysis of cemented soil under corrosion environment[J].Rock and Soil Mechanics,2013,34(7):1854-1860(in Chinese).[5]㊀闫㊀楠,杨俊杰,刘㊀强,等.海水环境下水泥土强度衰减过程室内试验研究[J].土木工程学报,2017,50(11):115-124.YAN N,YANG J J,LIU Q,et boratory test on strength deterioration process of soil cement in seawater environment[J].China Civil Engineering Journal,2017,50(11):115-124(in Chinese).[6]㊀吴燕开,史可健,胡晓士,等.海水侵蚀下钢渣粉+水泥固化土强度劣化试验研究[J].岩土工程学报,2019,41(6):1014-1022.WU Y K,SHI K J,HU X S,et al.Experimental study on strength degradation of steel slag+cement-solidified soil under seawater erosion[J].Chinese Journal of Geotechnical Engineering,2019,41(6):1014-1022(in Chinese).[7]㊀王子帅,王东星.工业废渣-水泥协同固化土抗硫酸盐侵蚀性能[J].岩土工程学报,2022,44(11):2035-2042.WANG Z S,WANG D X.Performances of industrial residue-cement solidified soils in resisting sulfate erosion[J].Chinese Journal of Geotechnical Engineering,2022,44(11):2035-2042(in Chinese).[8]㊀杨爱武,顾宇浩,张国军.碱渣轻质固化技术及大变形力学特性研究[J/OL].工程地质学报:1-12[2022-07-07].https:///10.13544/ki.jeg.2020-594.YANG A W,GU Y H,ZHANG G J.Study on mechanical properties of large deformation of solidified lightweight soil with soda residue[J/OL].Journal of Engineering Geology:1-12[2022-07-07].https:///10.13544/ki.jeg.2020-594(in Chinese).[9]㊀HE J,LI Z X,WANG X Q,et al.Durability of soft soil treated with soda residue and ground granulated blast furnace slag in a soakingenvironment[J].Journal of Materials in Civil Engineering,2020,32(3):06019018.[10]㊀王文军,朱向荣.纳米硅粉水泥土的强度特性及固化机理研究[J].岩土力学,2004,25(6):922-926.WANG W J,ZHU X R.Study on strength property 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碱激发胶凝材料的研究进展

第59卷第2期2021年3月上海涂料SHANGHAI COATINGSVol.59No.2Mar.2021碱激发胶凝材料的研究进展姜乐乐，姜福香（青岛理工大学土木工程学院，山东青岛266033）摘要：碱激发胶凝材料是一种绿色环保的新型建筑材料，对于构建资源节约型和环境保护型社会具有重要意义。

从碱激发胶凝材料的制备、反应机理、耐久性等方面对其国内外研究成果进行综述,并提出存在的问题和未来的发展方向，旨在为碱激发胶凝材料应用于工程实际提供数据和理论支持。

关键词：新型建筑材料；碱激发胶凝材料；反应机理；耐久性能中图分类号：TU366.3文献标志码：A文章编号：1009-1696（2021）-0042-06水泥作为传统的建筑材料推动了建筑行业的快速发展，但在水泥的生产过程中既消耗了大量的资源和能源，又排放出大量的温室气体，这对于建筑行业的可持续发展非常不利。

我国是世界上最大的水泥生产国，也是最大的水泥消耗国，因此，积极寻找一种环境友好、资源节约的新型建筑材料具有重要意义。

碱激发胶凝材料是利用具有火山灰活性或者潜在火山灰活性的硅铝质材料与碱性激发剂反应而生成的一种胶凝材料。

常用的硅铝质材料主要有矿渣、粉煤灰、偏高岭土、炉渣、石灰石等，碱性激发剂主要有KOH、NaOH、水玻璃、NazCOs等。

碱激发胶凝材料的制备工艺简单，早期强度和最终强度都比较高。

同时碱激发胶凝材料的制备增加了废物的利用,符合可持续发展的战略要求，因此受到各国学者的广泛关注。

总结了碱激发胶凝材料的制备、反应机理、耐久性能等方面的主要研究进展，并对其未来的发展方向进行了展望。

1碱激发胶凝材料的发展及其制备1940年，Pardon⑴将少量的氢氧化钠放入水泥浆中，发现水泥的水化反应明显加快，而氢氧化钠在其中扮演了催化剂的作用，使硅铝质材料快速溶解，就此提出了“碱激活”理论；1957~1959年，Glukhovsky教授将硅铝质材料炉渣或者高炉矿渣、碎石等磨细的混合物与碱性激发剂氢氧化钠和水玻璃复合溶液混合，得到了强度高、稳定性能良好的胶凝材料；法国的Davidovits⑵研究了这种胶凝材料的组成成分，发现其中含有大量水化硅酸钙和沸石相。

浅谈混凝土抗硫酸盐腐蚀的研究

浅析混凝土抗硫酸盐腐蚀的研究摘要：混凝土中硫酸盐腐蚀的测试方法，混凝土硫酸盐腐蚀的机理、影响因素以及混凝土抗硫酸盐腐蚀的发展状况和现状。

关键词：混凝土，硫酸盐，腐蚀，测试方法An analysis on the corrosion resistance of concrete to the sulfatecontentAbstract: The measuring method of the sulfate content in concrete corrosion, the mechanization and influencing factor of sulfate content in concrete, and the development status and the present situation about the corrosion resistance of the sulfate content in concrete.Key words: concrete, sulfate, corrosion, test method前言：我国及世界各地钢筋混凝土结构因硫酸盐腐蚀而破坏的事例屡见报道，近年来世界上很多地区都遭受硫酸盐型酸雨的侵蚀，硫酸盐侵蚀现象也经常发生[1]。

我国西北、西南和沿海地区，因为其地域原因，海水、地下水和土壤中含有大量的硫酸盐。

这些地区的建筑工程、海工及水工混凝土常会因硫酸盐腐蚀使混凝土结构失效破坏，造成了人力和财力资源的极大浪费，在工程中也暴露了很多的问题，因此混凝土的硫酸盐腐蚀问题受到广泛的关注。

1.国内外发展状况自1824年Aspdin取得波特兰水泥专利后水泥混凝土便随之诞生。

由于水泥混凝土造价低、能耗少、造型方便、坚固耐用等特点目前已成为世界上最大的人造材料。

近几年我国耗费在混凝土结构上的费用每年都在2000亿元以上口。

但是，随着混凝土的大量使用，混凝土材料的耐久性问题日益严重。