钙溶蚀研究现状综述

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    国内外关于钙溶蚀问题的研究已经较为深入,主要研究的内容包括材料中孔隙溶液中钙离子与固相钙(CH和CSH)在溶蚀过程中的变化原理,水泥基材料的渗透性,由溶蚀而引起的水泥基材料化学力学损伤问题以及钙溶蚀模型的建立与应用。43112

    在水泥基材料溶蚀过程中,孔隙溶液中钙离子与固相钙(CH和CSH)在溶蚀过程中的变化基本原理,是国内外学者密切关注的热点问题之一。Berner[12]通过实验获得了水泥基材料骨架中可溶解固体钙含量和孔溶液中钙离子浓度的大量数据,Gerard对这些测试数据进行分析、拟合、总结后,提出了水泥基材料中固体钙含量和孔隙溶液中钙离子浓度之间的平衡关系模型,即固液平衡曲线[13]。Wan等[14]设计了软水腐蚀实验和硝酸铵加速腐蚀实验,通过对比分析两种侵蚀介质的实验,确定了在硝酸铵加速腐蚀条件下的固液平衡曲线,并对钙溶蚀过程进行了数值模拟分析。Hage等[15]用软水腐蚀孔隙率不同的水泥基材料样品,然后通过XRD法测试试样中CH含量的变化,并利用MIP法观察样品的孔隙率变化,通过对数据的分析,确定钙溶蚀速率与孔隙率的关系。论文网

    水泥基材料的渗透性对钙溶蚀过程有很大的影响,它能够反映水泥基材料在软水环境中的钙溶蚀速率。B.M莫斯克文[16]对混凝土的渗透性能进行了详细地研究,并分析了渗透系数的影响因素。Catinaud等[17]利用降解动力学热力分析(TGA)和X射线衍射方法(XRD)等测试方法,研究了不同物相组成的水泥基材料的渗透性以及水泥材料溶蚀后的物相组成变化规律,研究结果表明,水泥材料的矿物组成,特别是碳酸钙含量对溶蚀进程的影响较大。国内研究人员方坤河、李新宇等[18]以软水为侵蚀介质,对不同掺合料的水工碾压混凝土进行了渗透溶蚀试验,得出了渗透系数是影响混凝土渗透性能的主要因素的结论,并对混凝土渗透溶蚀的稳定性和耐久性进行了研究。李淑进、赵铁军等[19]采用电镜扫描实验和压汞实验对混凝土微观结构与其渗透性能的关系开展了研究,实验结果表明,混凝土内部孔结构特征与其渗透性能有直接关系,而水胶比对混凝土的孔径分布及总孔隙率的影响均很大。

    钙溶蚀过程中水泥基材料骨架中固相钙的溶解与流失将改变材料内部的孔隙率,从而导致水泥基材料的化学力学损伤问题。黄蓓、钱春香[20]通过超声波无损检测法、酚酞指示剂法、孔隙溶液PH法等实验方法来表征溶蚀混凝土的溶蚀损伤程度,并测试了溶蚀混凝土的单轴应力–应变关系,实验结果表明,溶蚀混凝土的应力–应变关系的曲线形状与普通混凝土相似,但溶蚀混凝土表现出良好的韧性及延性。蒋林华等[21]采用氯化铵溶液来加速溶蚀不同水灰比的水泥净浆试样,并研究了溶蚀深度与试件力学强度之间的关系。Bellego等[22]研究了溶蚀后的无缺口和有缺口的砂浆梁的不同尺寸,发现钙溶蚀现象会增大材料的尺寸效应。

    因为钙溶蚀过程较为缓慢,且易受到各种因素影响,仅凭实验测量数据还不能够全面描述混凝土的钙溶蚀过程,还缺乏对溶蚀机理较为完善的理论见解。相关学者根据不同的理论基础,提出了几种软水环境下钙离子在水泥基材料中的传输模型。

    (1)Gerard模型[23]

    该模型以热动力学为依据,将水泥基材料孔溶液中的钙离子浓度作为传输控制参数,并根据以下基本假设:①固相钙的溶解时间远小于钙离子扩散传输时间,可忽略不计;②孔溶液中的钙离子与水泥基材料中的其它成分不发生任何化学反应-辣`文~论^文.网www.lwfree.com;③水泥基材料的孔隙中充满水,并始终处于饱水状态,从而建立的钙离子传输模型为:

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