碳硫硅钙石的结构特征及其对水泥基材料造成的破坏

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1、甄验与硼夯摘要：概述了碳硫硅钙石的晶体结构特征，存在于水泥基材料中的碳硫硅钙石的形成机理和破坏特点，对建筑工程中碳硫硅钙石型硫酸盐侵蚀的破坏阶段进行了详细的描述，最后提出了防护碳硫硅钙石侵蚀发生的措施。关键词：碳硫硅钙石；水泥基材料；晶体特征；碳z,M,t钙石型硫酸盐侵蚀Abstract：ThecryScalcharacteristics，formationmechanismandbreakagecharacteristicsofthaumasite，whichformedinandonthec

2、onstructionstructuresurfaceinthepresenceofsulfate，carbonateatalowtemperatureandhi曲humidity，weresummarized．Further，thecorrosivestagesofconstructionSWLlCtUressufferedfromthaumasiteformofsulfateattackwereanalysed．Finny，someprotectivemeasureswerehighligh

3、ted．Keywords：thaumasite；cementitiousmaterials；crystalcharacteristic；thaumasiteformofsulfateattack(TSA)中图分类号：TU528文献标识码：A文章编号：1003—8965(2012)03—0054—051引言属于羟基。对于ca原子而言[31，这种结构是一种近年来，国内外研究人员对碳硫硅钙石导致的结构破坏进行了系统的大规模研究，研究发现，由碳硫硅钙石侵蚀而引发事故不仅会造成文化遗产的流失，更会威胁到居

4、民和建筑物的安全。本文系统地概述了水泥基材料中碳硫硅钙石的晶体特征、破坏机理、破坏过程以及防护措施。2碳硫硅钙石的结晶学研究碳硫硅钙石是变质岩热液作用时产生的一种矿物，常伴随钙矾石、方解石的出现Illo由于与钙矾石具有相似的结构，很难将二者区分出来。从岩相学的角度来看陧1，钙矾石晶体结构为三方晶系，碳硫硅钙石结构为六方晶系，除了Si(OH)。2。取代了AI(OH)。3。，柱体结构与钙矾石极其相似：2个SO。2。和CO，2‘取代钙矾石结构中3个SO。}和2个束缚水分子。这一特征决定了两种晶体在C轴

5、取向的不同(见图1)。图2给出了碳硫硅钙石晶体在(0001)及(1120)面的结构，仔细观察图2可知，在碳硫硅钙石晶体结构中，Ca与8个O配位，其中4个O属于水分子，4个O无序的、四方晶系的反棱柱体结构，而由Ca构成的这一结构与相邻Ca形成的结构共用两个棱边：整个柱形结构内部由氢键、SO。2．和CO。2-连接，并且SO。2一和C0。2-间隔出现，非常有规律。值得注意的是，碳硫硅钙石晶体中H键非常独特HJ，因为水分子中所有的H原子均参与了H键的形成，而且水分子与Si(OH)。卜之间也存在H键；此外

6、，碳硫硅钙石中H键的键长非常小，因此，碳硫硅钙石具有良好的热稳定性。碳硫硅钙石的光学参数和岩相学参数列于表114-610@，◇G．@③警罨嚣誓苫．Q螽爻。．函@融@o·Ⅷ』≥曼．殴、w．国隋，。裂国国④一-，q一磐。n≥芒岳景@譬鼎、≮=。’召≤爹：g◇娅，’。一jG锄、g⋯÷鼍⋯㈣圆圆瞪函④一(H)fh)图1钙矾石(a)和碳硫硅钙石(b)的柱状结构实验与硼究四表1碳硫硅钙石光学参数和岩相学参数光学参数晶系类型光学延伸率O一射线E一射线双折射六方晶系反向15041468±00020036岩相学参

7、数a轴长C轴长晶体体积Si—O键长S一0键长C—O键长Ca一0键长110410391．0970．17801470．1290．245鹫千7j旷可。雨下夏!■-■●●极少产生且随机存在，一般存在于大孔中，晶体从无色向淡黄色转变；(II型)类似于I型的针状晶体，比I型更加致密，常见于微裂缝和骨科周围，具有特殊的黄色；(III型)三种类型中最为致密的一种，排列非常规则的针状晶体，常见于骨料周围和微裂缝处。三类晶体中，II型在水泥基材料中最为常见，连同I型共同消耗水泥浆体胶凝组分，而III型多见于石灰岩质

8、骨料周围。图3为上述三类碳硫硅钙石晶体的形貌。鬃鬻羹图2碳硫硅钙石晶体在(0001)和(1120)面的结构图3不同碳硫硅钙石的结构3水泥基材料中的碳硫硅钙石及破坏机3．1碳硫硅钙石及其固溶体的特征天然的碳硫硅钙石是一种白色或无色、密实的、具有玻璃光泽的矿物，针状，比重1．9“1，内部的水分子和OH一离子占据了超过晶体本身50％的质量，但是这些性质会随着碳含量、密度、水含量等因素而发生变化。存在于水泥基材料中的碳硫硅钙石主要有三种类型：(I型)针状晶体，／生成碳硫硅钙石的过程通常要耗时一年以上甚至