摘 要

本文依托于虎门二桥的工程，研究了Mg² 、SO₄^2-对水泥、水泥矿渣胶凝浆体的侵蚀产物相组成及其含Al相的转变规律；研究了侵蚀性离子抑制剂对水泥矿渣胶凝浆体抗MgSO4侵蚀机理，并利用侵蚀性离子传输抑制剂设计制备出了满足虎门二桥混凝土耐久性要求的海工大体积混凝土。得到的主要结论如下：

1. MgSO₄侵蚀水泥及水泥矿渣胶凝浆体，其主要水化产物为AFt、AFm、CaSO₄2H₂O，随着侵蚀龄期的延长AFm向AFt转变，且AFt量增大。²⁷AlNMR结果表明，侵蚀28d前Al离子较多进入C-S-H中，生成C-(A)-S-H，AFt的生成量少，；侵蚀6m时在SO₄^2-作用下C-(A)-S-H发生脱铝分解，Al发生转移，生成大量的AFt。
2. 侵蚀性离子抑制剂能够使水泥矿渣浆体致密疏水，降低MgSO₄侵蚀生成的CaSO₄2H₂O量和C-S-H凝胶产生脱钙作用，且能促进水泥矿渣浆体的水化。
3. 基于密实骨架堆积原理，设计制备胶凝材料用量400kg/m³（其中水泥用量130kg/m³），侵蚀离子传输抑制剂最佳掺量20kg/m³，工作性能实验得坍落度/扩展度为210mm/530mm，力学性能实验得7d和28d抗压强度为42.1MP和56.3MP，耐久性能实验测试得到抗渗等级为P30、28dCl^-扩散系数3.8×10^-12m²/s，28d碳化深度＜3.0mm，低温升抗裂C40海工大体积混凝土，应用于虎门二桥承台施工，降低了工程造价，提高了混凝土耐久性。 。

关键词：侵蚀离子传输抑制剂、耐久性、海工大体积混凝土、侵蚀性离子

Abstract

This paper is based on the project of Humen bridge, study of SO₄^2- and Mg² reaction with cement and cement and slag cement paste Erosion product phase composition and law of change of Al phase. The mechanism of anti MgSO₄ corrosion of cement slag cement slurry by the erosive ion inhibitor was studied. The design and preparation of an erosion ion transport inhibitor that meet the requirements of concrete durability of marine engineering mass concrete in humen bridge. The main conclusions are as follows:

1 The main hydration products of MgSO₄ are, AFm , AFt,CaSO₄2H₂O which with the extension of AFm to AFt, and the amount of AFt is increased. ²⁷AlNMR results show that early 28d erosion al compared to enter the C-S-H, generate C -(A) -S-H, aft generate less.; erosion 6m in SO₄^2- under the action of C- (A) -S-H occurred dealumination decomposition, the transfer of Al, generating a lot of aft.

2 the corrosive ion inhibitor can make the cement slag cement dense drainage, reduce the amount of CaSO₄2H₂O generated by erosion of MgSO₄, and can promote the hydration of cement paste.

3 Based on skeleton dense packing theory, the design of preparing cementitious materials dosage 400kg / m³ (the dosage of cement 130kg/m³), ion transport inhibitors of optimum dosage of 20kg / m³ erosion and work performance experiment to slump / expansion of 210mm/530mm. Experiments of mechanical properties was 7d and 28d compressive strength and 56.3MP 42.1MP, durability test get impermeability grade P30, 28dCl- diffusion coefficient 3.8 x 10-12m²/s, 28d carbonation depth lt; 3.0mm, low temperature rise crack C40 marine engineering mass concrete, used in Humen Bridge pile cap construction, reducing the project cost, improve the mix of concrete durability.

.Keywords: corrosive ion transport inhibitor;durability performance;Marine mass concrete;ion erosion of sea

目 录

摘 要 I

Abstract II

目 录 III

第一章 绪论 1

1.1 海洋服役环境下混凝土的侵蚀研究背景 1

1.2 Mg² 、SO₄^2-、Cl^-离子对海工大体积混凝土侵蚀机理 1

1.3 国内外改善海工大体积混凝土耐久性的研究现状 4

1.4 本文研究内容 6

第二章 原材料与试验方法 8

2.1实验原材料 8

2.2 试验配合比 8

2.2.1 MgSO4侵蚀水泥、水泥 矿渣胶凝浆体配合比 8

2.2.2 MgSO₄侵蚀掺加侵蚀性离子传输抑制剂的水泥胶凝浆体配合比 9

2.2.3 掺加侵蚀性离子传输抑制剂的高耐久性海工大体积混凝土设计与制备 10

2.3 试验测试方法 10

第三章 MgSO₄对水泥矿渣胶凝浆体微观结构的影响 13

3.1 MgSO₄侵蚀不同矿渣掺量的胶凝浆体水化产物相组成及其Al相转变 13

3.1.1 MgSO₄侵蚀水泥矿渣胶凝浆体的水化产物相组成 13

3.1.2 MgSO₄侵蚀水泥矿渣胶凝浆体Al相的迁移与转变 14

3.2 MgSO₄侵蚀对掺加侵蚀性离子传输抑制剂水泥矿渣胶凝浆体微观结构的影响 15

3.2.1 侵蚀性离子传输抑制剂对MgSO₄侵蚀胶凝浆体水化产物组成的影响 15

3.2.2 侵蚀性离子传输抑制剂对水泥矿渣胶凝浆体水化程度的影响 16

第四章 高耐久性海工大体积混凝土的制备 18

4.1 混凝土的配合比、工作性能和力学性 18

4.2 混凝土耐久性测试 19

4.2.1抗渗性能试验 19

4.2.2抗碳化性能试验 20

4.3 侵蚀性离子传输抑制剂对混凝土微观形貌影响 22

第五章 结论 24

致谢 25

参考文献 26

第一章 绪论

1.1 海洋服役环境下混凝土的侵蚀研究背景

现代社会，海洋的开发对国家非常重要，不仅作为国家的战略防御体系的屏障，同时也是经济和社会发展的重要支撑点。我国丰富的海洋资源，其中有3.2万公里的海岸线、陆地海岸线1.8万公里和总长1.4万公里岛屿海岸线，大小岛屿6400个（东海的岛屿约占总数60%，南海约占有40%，黄海、渤海共计占10%），总计海洋面积可达300万平方公里。广阔的海洋蕴含丰富的资源，我国2015年海洋的生产总值达64669亿，比上年增长7%，海洋生产总值占全国生产总值的9.6%。伴随着经济增长，海洋环境下建筑工程建造规模和速度也在快速增长，2008年增加值411亿，2009年增加值658亿。已经建设或正在建设的工程有例如海大桥、杭州湾大桥、港珠澳大桥、舟山连岛工程、青岛海湾大桥等。这些海洋工程大多都是钢筋混凝土工程，对于服役寿命的要求都在百年，因此混凝土的耐久性的要求非常高。

根据对于海洋工程使用情况的调查，我国混凝土的损坏十分严重。比如四航局科研所等单位在1981~1985年,相继对海港码头进行大面积调查。调查发现服役7~20年的海港码头因氯离子引起的钢筋锈蚀很严重。此外，在调查华南18座码头得到，80%的码头都有严重或较为严重的腐蚀破坏。这些从建成到出现破坏的时间甚至短短5~10年。混凝土的耐久性对于我国海洋工程的发展非常重要。据统计2012年我国因为海洋腐蚀一年损失1.6万亿，占全国GDP的3%，可以想象今后一二十年里，混凝土的修补与重建将出现一个高峰。所以现在对混凝土耐久性的相关研究以及对新建工程耐久性设计，研究出影响侵蚀机理的所有因素，达到提高工程设计水平和施工质量，促使混凝土达到使用寿命具有重大意义。

1.2 Mg² 、SO₄^2-、Cl^-离子对海工大体积混凝土侵蚀机理