氯离子环境下钙矾石和水化硅酸钙体系铝配位分布

氯离子环境下钙矾石和水化硅酸钙体系铝配位分布

胡晨光;王娟;白瑞英;刘刚;周金金;封孝信

【摘要】通过化学合成钙矾石和水化硅酸钙,利用XRD、27Al核磁共振测试手段,研究了氯离子环境下钙矾石(AFt)和水化硅酸钙(C-S-H)凝胶体系中铝配位分布规律.结果表明,在C-S-H凝胶和氯离子共存环境中,第三类水化铝酸盐(TAH)凝胶中六配位铝(Al[6])首先转化为四配位铝(Al[4])进入C-S-H结构,且Al[4]总量不受C-S-H 钙硅比限制;同时氯离子不影响Al[6]-TAH向Al[4]转化,当达到C-S-H凝胶容纳

Al[4]的极限时,剩余的Al[6]-TAH才与氯离子反应形成Friedel盐(F盐).TAH比AFt更容易与氯离子反应形成F盐;低钙硅比C-S-H环境不利于TAH与氯离子结合,但利于钙矾石分解并与氯离子反应生成F盐.%The distribution of aluminum coordination in the ettringite and C-S-H gels system under chloride ions environment was investigated through chemical synthesis of ettringite and C-S-H gels and by XRD,27Al Nuclear Magnetic Resonance (NMR).The results indicate that in the coexistence environment of C-S-H gels and chloride ions,the 6-coordination aluminum (Al[6]) in the TAH (third aluminum hydrate) gels firstly transforms into the 4-coordination aluminum (Al[4]) entering into C-S-H structure,and the total amount of

Al[4] in that C-S-H is not restricted by the Ca/Si ratio of

them;meanwhile,the transformation from Al[6]-TAH to Al[4] is not influenced by chloride ions,and the remainder Al[6]-TAH reacts with chloride ions to form the Friedel's salts (F's),when the amount of Al[4] reaches the capability limit of C-S-H gels.Furthermore,the reaction of TAH with chloride ions is more easier than that of ettringite to form the F's,and

the environment of low Ca/Si ratio C-S-H gels does not favor for the reaction of the TAH with chloride ions,on the contrary,it promotes the decomposition of ettringite to form the F's in environment of chloride ions.【期刊名称】《功能材料》

【年(卷),期】2018(049)002

【总页数】6页(P2146-2151)

【关键词】氯离子;钙矾石;C-S-H凝胶;铝配位;Friedel盐

【作者】胡晨光;王娟;白瑞英;刘刚;周金金;封孝信

【作者单位】华北理工大学材料科学与工程学院,河北唐山063210;河北省无机非金属材料重点实验室,河北唐山063210;唐山市墙体材料革新办公室,河北唐山063000;华北理工大学材料科学与工程学院,河北唐山063210;河北省无机非金属材料重点实验室,河北唐山063210;华北理工大学材料科学与工程学院,河北唐山063210;河北省无机非金属材料重点实验室,河北唐山063210;石家庄金隅旭成混凝土有限公司,石家庄051430;华北理工大学材料科学与工程学院,河北唐山063210;河北省无机非金属材料重点实验室,河北唐山063210

【正文语种】中文

【中图分类】TQ172

0 引言

侵入到混凝土内部的氯离子，主要有游离态和固化态两种形式，游离态氯离子对钢筋有锈蚀作用，而固化态氯离子被水泥基胶凝材料结合不造成钢筋锈蚀。这种氯离

子固化方式分为化学结合和物理吸附，化学结合是氯离子与水泥胶凝材料含铝相反应生成Friedel盐(F盐)；物理吸附主要是水化硅酸钙(C-S-H)凝胶对氯离子的吸附[1-2]。对于化学结合来说，研究发现[3-6]，氯离子可与水泥熟料中的C3A、水化的C3A反应生成F盐，氯离子也能置换出AFm族结构中的OH-、SO42-和

CO32-生成F盐；而且只有氯离子浓度很高时，AFt相才会遭到破坏，形成F盐和石膏。可见化学结合氯离子与含铝相的分布状态直接相关。对于C-S-H凝胶物理吸附氯离子来讲，其主要由凝胶表面所带的电荷决定，钙硅比很高时C-S-H凝胶带正电荷吸附氯离子于表面；但一般情况下C-S-H凝胶表面带负电，对碱性孔溶液中的阳离子(Ca2+、Na+)吸附形成双电层，从而C-S-H凝胶比表面积、紧密层和扩散层之间的电势等因素，直接决定着这种双电层对氯离子的吸附能力[2, 7-10]。

水泥基胶凝材料中C-S-H凝胶和含铝相是个复杂的混合体系，存在一定的平衡状态[11]。在水泥浆体含铝相中Al3+主要有2种配位形式：一种是掺杂在水化铝硅酸钙(C-A-S-H)中的四配位铝(Al[4])[12]；一种是在AFt、AFm和第3类水化铝酸盐(TAH)中的六配位铝(Al[6])[13]。Andersen等[12, 13]通过研究硅酸盐水泥硬化浆体浸泡在NaAlO2溶液中Al3+配位的分布发现，Al3+不仅能进入到C-S-H凝胶结构中，而且能促进AFt向AFm、TAH转化；作者和丁庆军等[14-15]研究也得出，随着水化龄期的延长，硅酸盐水泥硬化浆体中AFt逐渐向AFm和TAH转化，并且TAH中的Al[6]也会向Al[4]转化进入到C-S-H结构。可见，当氯离子侵入浆体与含铝相发生化学反应必将打破C-S-H凝胶和含铝相这种平衡，引起Al3+配位分布状态的转变，反之，在以C-S-H凝胶为主体的环境中，C-S-H凝胶必将影响在氯离子环境下铝配位的分布，然而目前关于此的研究还较少，影响机理还不明确。因此，本文采用化学合成钙矾石和C-S-H凝胶的方法，利用XRD、27Al 核磁共振(NMR)测试分析手段，深入研究氯离子环境下钙矾石和C-S-H凝胶体系