电场影响下水泥混凝土的硫酸盐侵蚀行为与机理

The influence of the stray current created by subway running on reinforcement corrosion and chloride diffusion are paid more attention. However, the effect of stray current on sulfate attack of cement concrete was neglected. Meanwhile, the influence problem of sulfate attack was found in seepage resistance technology using electro-osmotic pulse in concrete. It is proposed to understand the influence mode, influence degree and influence mechanism of electrical field on sulfate attack of cement concrete. Direct current and pulse electric will be chosen as experimental electrical field. By changing liquid phase environment, composition and structure, electric field parameters, property changes of concrete exposed to the sulfate solution would be studied, and the technology of performance improvement to sulfate attack would be proposed under the influence of electrical field. By using method of layered section cutting and chemical analysis, migration of sulfate ion in concrete, ion precipitating from concrete were tested. By comparing natural erosion and electric field attack, failure mechanism of sulfate attack of concrete in the action of electrical feild will be researched using combination of techniques of SEM, XRD, TG-DSC, and FTIR. The project achievements has important significance on understanding of damage of sulfate attack on concrete in stray currents and sulfate coexisted environment, and ensuring service life of concrete structure under the influence of electrical field. The project achievement also can be extend to establish performance degradation model of concrete, and to forecast working life of concrete in stray currents and sulfate coexisted environment.

地铁运行产生的杂散电流对钢筋锈蚀及氯离子扩散的影响已受到重视，但对水泥混凝土硫酸盐侵蚀的影响少有关注；电渗脉冲用于抗渗防潮也存在对混凝土硫酸盐侵蚀影响的问题。为揭示电场对混凝土硫酸盐侵蚀的影响方式、影响程度与影响机理，提出本申请。拟选用直流电和脉冲电作为试验电场，通过改变液相环境、混凝土组成与结构，以及电场参数，研究电场影响下混凝土硫酸盐侵蚀前后性能变化，提出改善抗侵蚀性能的方法；采用分层切片与化学分析研究电场作用下混凝土内离子迁移与浸出；利用SEM、XRD、TG-DSC、FTIR等分析硫酸盐腐蚀产物微观结构，比较自然条件与电场影响的侵蚀差异，研究电场影响下混凝土硫酸盐侵蚀机理。研究成果将对了解电场与硫酸盐共同作用下对水泥混凝土的影响与危害，对确保电场影响下混凝土结构耐久性具有重要意义。以本项目成果为基础可延伸研究内容，建立混凝土性能退化模型，预测混凝土在电场和硫酸盐共存环境下的使用寿命。

硫酸盐侵蚀是威胁水泥混凝土耐久性的重要因素。本项目结合电场在水泥基材料快速试验方法中研究与应用的思考，系统研究了常温与低温环境中电场影响下水泥混凝土硫酸盐侵蚀行为与机理，主要内容及结论如下：.①利用抗压强度、化学测试、红外、拉曼光谱、XRD和SEM-EDS等方法，系统研究了不同组成结构、环境、电场条件下电场影响下水泥混凝土的劣化行为。结果表明，常温环境电场影响下大量SO42-迁入混凝土内，硫酸盐侵蚀速率加快，同时试件内Ca2+不断溶出，电场在不改变侵蚀行为的前提下明显加快水泥基材料硫酸盐侵蚀。.②测试了通电过程中溶液和试件内的温度变化，分析了电场对水泥混凝土稳定性影响。结果显示，通电产生的热引起试件内温度略有升高，约为1.5-4.9℃，未明显加速水泥后期水化，电场也未改变C-S-H凝胶结构中Si-O键的键合方式，电场也未明显改变水泥水化机理和硫酸盐侵蚀机理。.③电场影响下硫酸盐侵蚀速率在常温环境中约为溶液浸泡侵蚀的3.4~4.4倍，在低温中是全浸泡下的4~6倍。常温电场影响下未改变侵蚀产物的分布规律，其侵蚀劣化来自于硫酸盐侵蚀和溶蚀破坏，其中硫酸盐侵蚀占主导作用；低温下确定了水泥基材料发生TSA侵蚀的重要影响因素以及所需的边界条件，即，pH值和Ca/S比满足以下范围时：10.60＜pH＜11.75，4.00＜Ca/S＜6.35，水泥基材料试件开始发生明显的TSA侵蚀。水泥基材料侵蚀劣化分为三个阶段，并定性和定量的给出了每个侵蚀劣化阶段对应的破坏特点和边界条件。.④分析了电场作用下水泥混凝土硫酸盐侵蚀的影响因素并提供了加速侵蚀破坏试验条件的相关建议：电场采用电压30V、周期20s的脉冲电场，常温环境考虑脱钙等因素的影响选择阴极溶液为Na2SO4，阳极溶液为NaOH；低温环境下侵蚀溶液最好采用混合硫酸盐溶液；低温下试验温度选择为5℃。.研究结果显示，电场影响下硫酸盐侵蚀过程显著加快，电场未明显影响水泥水化产物。与全浸泡环境对比，电场影响下并未改变水泥混凝土硫酸盐侵蚀过程和机理，电场的主要作用在于加速更多的侵蚀介质进入试件内部。