碱矿渣水泥石孔隙液化学组成对氯离子结合性能的影响机理研究

Alkali activated slag has good chloride resistance。However, most of the related studies have only described the rate of transport of chlorides in such cementitous material, but been not about the transport mechamisms, which has greatly limited its wide application in marine construction. It is considered that the limition of understanding on chloride binding in alkali activated slag is a big obstacle for the studies on the mechanisms of chloride transport. Therefore, this project will investigate the mechanisms of chloride binding in alkali activated slag, including: (1) to explore chloride binding model in alkali activated slag and the effect of pore solution chemistry on which, by means of quantifying pore solution composition and analysing the phases of alkali activated slag before and after chloride treatment; (2) to explore the effect of pore solution chemistry on chloride binding capacity in alkali activated slag by means of quantifying pore solution composition and chloride binding capacity, and to establish the relationship between them by using binding isotherm models. Together with the previous studies, it is strongly believed that transport of chlorides in alkali activated slag would be fully and deeply understood, and useful information and advice could be provided for the use of such material in marine construction.

碱矿渣水泥石抗氯离子侵蚀性能优越。但是目前相关研究多为宏观描述氯离子在该胶凝体系中的传输速率，尚缺乏深刻的机理研究，因此从理论上极大地限制了该胶凝体系在海工工程中的广泛应用。而氯离子在碱矿渣胶凝体系中结合问题的认识不足是研究传输机理的一大阻碍。因此本项目将研究氯离子在碱矿渣水泥石中的结合机理。具体包括：（1）通过实验量化氯离子侵蚀前后碱矿渣水泥石孔隙液化学组成和分析固相化学成分，探明氯离子在其中的结合形式及孔隙液化学组成的影响；（2）通过实验量化氯离子在碱矿渣水泥石中的结合能力，探明孔隙液化学组成对氯离子结合能力的影响，应用结合等温线模型建立两者之间的关系。结合申请人前期工作，力争对氯离子在碱矿渣水泥石中的传输机理有一个全面深刻的理解，为该胶凝体系在海工工程中的应用提供指导。

目前关于碱矿渣胶凝材料抗氯离子侵蚀性能的研究多为宏观描述氯离子的传输速率，尚缺乏深刻的机理研究，因此从理论上极大地限制了该体系在海工工程中的广泛应用。氯离子在该体系中结合问题的认识不足是研究传输机理的一大阻碍。胶凝材料固相组成与孔隙液液相组成之间存在固液平衡关系。因此本项目从孔隙液化学组成角度研究了碱矿渣胶凝材料水化产物特性及氯离子在其中的结合机理，包括：（1）碱矿渣胶凝材料水化产物特性。（2）氯离子在其中的结合形式和结合能力及（3）孔隙液化学组成对氯离子结合形式和结合能力的影响。研究结果表明：（1）碱矿渣胶凝材料孔隙液pH值在11-12之间，与钠离子浓度正相关性良好；孔隙液中有一定量的硅、硫离子存在。（2）碱矿渣胶凝材料主要水化产物为低Ca/Si的C-S-H和C-A-S-H，以及少量水滑石类产物；碱矿渣胶凝材料中的C-S-H/C-A-S-H对碱金属离子吸附能力较强；孔隙液化学组成与水化产物固相组成相关性良好，可利用孔隙液化学组成对碱矿渣胶凝材料水化产物及其特性进行分析。（3）氯离子浸泡后，碱矿渣胶凝材料孔隙液pH值基本维持不变，钠、硅、硫等离子浓度降低明显。（4）氯离子在碱矿渣胶凝材料中以C-S-H吸附结合为主，极少量氯离子结合形成F盐；孔隙液碱度增大/硫离子浓度增大，均有可能降低F盐形成的可能性。（5）仅有少量（4%-30%）氯离子扩散进入碱矿渣胶凝材料，其中绝大部分（85%-99%）被固相组分结合固化，只有少量仍以自由离子留存在孔隙液中；氯离子结合量大致与胶凝材料孔隙液pH值呈正比关系，与钠离子浓度呈反比关系。结合本项目和项目负责人博士期间工作，现对氯离子在碱矿渣胶凝材料中的传输机理有了一个较为深刻的理解，一定程度上能够为该体系在海工工程中的应用提供指导。另一方面，本项目从孔隙液化学组成角度对胶凝材料水化产物特性以及氯离子结合形式和结合能力进行研究，为上述领域的研究工作提供了新的视角。