变温诱导Al3+配位调控C-S-H微结构及其对水泥浆体抗硫酸盐侵蚀的影响

Sulfate attack is chemistry and physics's double damage. In the aspect of design resistance sulfate attack concrete, it needs consider ettringite generation and C-S-H microstructure factors. Al3+ exists in the cement with the form of Al[4] and Al[6] two kinds of coordination. To increase the extent of Al[4] into the C-S-H and decrease the ratio of Al[6] to reduce the production of ettringite is the effective way to solve the concrete resistance to sulfate attack. This topic proposed starting from the molecular structure of scale, optimize C-S-H microstructure and control the production of ettringite. Research the variable temperature system of mineral admixture C-S-H cement paste microstructure, the influence of the distribution law of Al[4] and Al[6] and mechanism of sulfate attack resistance.Take the poikilothermia to induce the Al3+ coordinate for the regulation measure, is the adjustment material adjusts the Al2O3/SiO2 proportion with the aluminum salt and silicon ash. Proposed that the poikilothermia induces the Al3+ coordinate to regulate the C-S-H gelatin the microstructure, enhance the anti-sulfate attack performance the mentality. Enhance the anti-sulfate attack performance mentality, forms the poikilothermia to induce the method of Al3+ coordinate regulation cement hydromass anti-sulfate attack. Provides the reference for the design preparing anti-sulfate attack concrete the mineral mixture the establishment of choice and conservation regime of type and mixing quantity.

硫酸盐侵蚀是化学、物理双重破坏，在设计混凝土抗硫酸盐侵蚀方面，需要同时考虑二次钙矾石生成量和C-S-H微结构的因素。水泥浆体中Al3+以 Al[4]和Al[6]两种配位形式存在，提高Al[4]进入C-S-H的程度，降低Al[6]比例而减少硫酸盐侵入后钙矾石生成量，是解决混凝土抗硫酸盐侵蚀的有效途径。本课题拟从分子构造尺度出发，优化C-S-H微结构和调控钙矾石生成量，研究变温养护制度对掺矿物掺合料水泥浆体C-S-H微结构、Al[4]和Al[6]分配的影响规律及其抗硫酸盐侵蚀的机理，以变温诱导Al3+配位为调控手段，采用Al（NO3）3、硅灰为校正料调整Al2O3/SiO2比例，提出变温诱导Al3+配位调控C-S-H凝胶微结构提高抗硫酸盐侵蚀性能的思路，形成变温诱导Al3+配位调控水泥浆体抗硫酸盐侵蚀的方法，为设计制备抗硫酸盐侵蚀混凝土的矿物掺合料种类、掺量的选择及养护制度的建立提供参考依据。

水化硅酸钙（C-S-H）作为水泥基材料水化产物的主体，从分子构造尺度诱导和调控C-S-H微结构，是提升混凝土耐久性和服役寿命的重要技术途径。然而，C-S-H极易受到矿物掺合料、温度、侵蚀离子等因素影响而复杂多变，从而定量描述多因素影响下C-S-H微结构的演变规律，探明其C-S-H硅氧四面体聚合机理，是实现C-S-H微结构可设计和可调控的基础和关键。.本项目采用模拟大体积混凝土变温历程的方法，运用29Si和27Al魔角旋转核磁共振（MAS NMR）结合去卷积技术，定量描述了在温度变化条件下硅酸盐水泥和粉煤灰水泥浆体C-S-H微结构的演变规律，以及硫酸盐侵蚀龄期、离子浓度、开始侵蚀时间对胶凝浆体C-S-H微结构的影响规律；探讨了铝掺杂对C-S-H微结构形成及其硫酸盐侵蚀下的演变机理，并建立了相对应的C-S-H结构演变模型。取得的主要创新性成果如下：（1）探明了不同恒定温度下胶凝浆体C-S-H中硅氧四面体聚合机理。在变温历程的降温阶段，水泥浆体硅酸盐矿物水化程度增大，二聚体数量增加导致C-S-H的MCL有所降低，同时促进钙矾石形成，消耗浆体中Al[4]，致使Al3+取代Si4+程度（Al[4]/Si）略有减小；掺加粉煤灰有效弥补了降温导致的水泥浆体C-S-H的MCL和Al[4]/Si降低，为大体积混凝土温控提供了理论依据。（2）阐明了胶凝浆体C-S-H中Al3+取代Si4+程度的演变机理，随粉煤灰掺量增加，C-S-H的MCL和Al[4]/Si增大，粉煤灰掺量50%时增幅最大；升高温度致使C-S-H的MCL增幅随粉煤灰掺量增加而增大，而Al[4]/Si增幅在粉煤灰掺量为30%时最大，为大体积混凝土中粉煤灰掺量的判定提供了理论支撑。（3）揭示了硫酸盐侵蚀对水泥浆体C-A-S-H的影响机理：硫酸盐早龄期（3d）侵蚀促进硅酸盐矿物水化，有利于Al[4]进入C-S-H结构；延长侵蚀龄期，逐渐对C-A-S-H有脱铝作用，而脱铝造成的空位由[SiO4]占据。阐明了Mg2+、Cl-、CO32-促进SO42-侵蚀的影响规律。（4）揭示了硫酸盐对C-S-H微结构的侵蚀规律，证实了硫酸盐对低聚合度C-A-S-H有脱铝作用，同时硫酸盐脱钙作用导致C-A-S-H解体最终形成N-A-S-H，为针对硫酸盐侵蚀环境进行C-S-H结构设计和调控提供了参考依据。