混凝土结构Thaumasite侵蚀机理及防治技术

TSA侵蚀及其机理尚有许多空白与不确定性。具体表现在： 1. 针对不同影响因素条件下碳硫硅钙石的形成缺乏系统的热力学研究确定其形成的临界温度，及重要影响因素之间热力学形成模型的建立； 2. 以铝相为主的钙矾石可能会作为碳硫硅钙石的成核基础，然而其形态与掺量对碳硫硅钙石晶体形成过程中的影响及作用机制存在不确定性； 3. 对此类型侵蚀的防治缺乏行之有效的手段等。 基于上述问题，对现阶段国内外的研究空白进行了多方面的研究，主要工作及取得的重要成果如下： 1. 通过对碳硫硅钙石形成进行系统的热力学研究确定了不同条件下碳硫硅钙石形成的临界温度及水化硅酸钙中Ca/Si的临界值，明确了氢氧化钙对碳硫硅钙石形成的重要作用，并首次建立了pH-SO42--温度及CO2 -pH- SO42-三元体系热力学形成模型，从而揭示TSA生成的可能性，为TSA研究提供相关的理论基础； 2. 系统研究了水泥矿物铝相对单矿体系中碳硫硅钙石形成的影响，及外界可溶性铝相在化学合成体系中对碳硫硅钙石与其固溶体形成的影响，结合XPS及固体核磁共振等多种测试手段揭示了铝相在碳硫硅钙石形成过程中的机理； 3. 通过试验系统研究了碳硫硅钙石形成过程中Ca(OH)2溶解度及温度等一系列重要因素的影响，从而为后期碳硫硅钙石型硫酸盐侵蚀的防治技术提供了理论及试验基础； 4. 基于理论研究与实验结果的基础上设计并研发了一种新型TSA抑制剂。 2100433B

碳酸盐、硫酸盐和低温协同作用下混凝土发生以thaumasite 为主要腐蚀产物的侵蚀破坏，即TSA 侵蚀(the thaumasite form of sulfate attack)，其直接导致CSH 凝胶体分解，比传统硫酸盐侵蚀危害性更大。本项目研究环境条件(温度、湿度、侵蚀介质等)和材料各组份(水泥、矿物外加剂、骨料等)对混凝土TSA 侵蚀破坏的影响和作用机理，确定出混凝土发生TSA 侵蚀的环境和物质条件，揭示混凝土TSA 侵蚀具体发生过程与破坏机理；在此基础上，通过优化胶凝材料组份和加入少量功能组份等方法，研制出具有不同抗TSA 侵蚀等级的水泥混凝土制备技术。本项目的开展对于我国西部、北部地区实际混凝土工程受TSA 侵蚀的预测与评价，以及预防混凝土工程发生TSA 侵蚀破坏，提高和保证重大工程的安全性和使用寿命具有重要的理论和实际意义。

Thaumasite是在硫酸盐、碳酸盐等侵蚀介质共同作用且低温（<15℃）条件下，形成的对混凝土结构造成严重破坏的硫酸盐侵蚀形式（TSA）。TSA在混凝土结构中的形成使CSH分解、丧失胶结性，强度迅速损失。此类破坏目前已引起国际工程界的高度重视，国内尚未在此研究分支展开研究。本项目针对我国现有建筑中的TSA生成现状，从结构、组份、生成条件入手，分析其生成机理，危害程度，并研究各种水泥混凝土组份材料 2100433B

炉衬在以下三种机理的综合作用下被逐层侵蚀，进入炉渣：

①化学侵蚀在高温环境中，炉渣与炉衬之间存在的相互化学作用造成炉衬侵蚀；

②热应力侵蚀炉衬中温度梯度造成的热应力，使炉衬表层逐层剥离造成炉衬侵蚀；

③熔融侵蚀炉衬中的低熔点材料，在高温作用下熔融，造成炉衬侵蚀。