过硫磷石膏矿渣水泥混凝土抗海盐侵蚀性能与机理研究.pdf

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1、过硫磷石膏矿渣水泥混凝土抗海盐侵蚀性能与机理研究（申请工学博士学位论文）过硫磷石膏矿渣水泥混凝土抗海盐侵蚀性能与机理研究培养单位：材料科学与工程学院学科专业：材料学丁沙研究生：丁沙指导教师：水中和教授武汉理工大学2014年5月 分类号密级UDC学校代码10497学位论文题目过硫磷石膏矿渣水泥混凝土抗海盐侵蚀性能与机理研究英文Researchoncorrosionresistanceanditsmechanismof题目persulfurphosphogypsum-slagcementconcreteunderseasaltenvironment研究生姓名丁沙姓名水中和

2、职称教授学位博士430070指导教师单位名称材料科学与工程学院邮编申请学位级别论文提交日期博士学科专业名称论文答辩日期材料学2014年3月2014年5月学位授予单位武汉理工大学学位授予日期年月答辩委员会主席评阅人2014年5月 独创性声明本人声明，所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得武汉理工大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。签名：日期：学位论文使用

3、授权书本人完全了解武汉理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权武汉理工大学可以将本学位论文的全部内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存或汇编本学位论文。同时授权经武汉理工大学认可的国家有关机构或论文数据库使用或收录本学位论文，并向社会公众提供信息服务。（保密的论文在解密后应遵守此规定）研究生（签名）：导师（签名）：日期： 摘要磷石膏是我国磷工业生产过程中产生的副产品，其排放量大且难以得到有效利用，长期堆放对环境造成严重污染，因此加速磷石膏的资源化利用已变

4、得刻不容缓。为推动磷石膏的资源化利用，尤其是开拓其在海洋工程中的应用前景，本文以45%磷石膏和49%矿渣为主要原料，辅以2%钢渣，4%水泥熟料复合，在常温常压下制备出性能良好的低碳胶凝材料——过硫磷石膏矿渣水泥。以此胶凝材料为基础，参照普通硅酸盐水泥混凝土的配制方法，制备了过硫磷石膏矿渣水泥混凝土。采用XRD，SEM，EDS，TG-DSC，MIP，水化热分析和力学性能试验等测试手段，系统研究了过硫磷石膏矿渣水泥混凝土与普通水泥混凝土的力学性能、微观结构和水化反应过程。通过模拟人工海水环境研究了过硫磷石膏矿渣水泥混凝土抗海盐侵蚀性能，并分别对其抗氯盐侵蚀，抗硫酸盐侵蚀及抗

5、镁盐侵蚀性能及作用机理进行了分析。在此基础上，研究了硅灰和偏高岭土对改善过硫磷石膏矿渣水泥混凝土力学性能，显微结构和抗海盐侵蚀性能及作用机理。实验研究表明：C30等级配合比条件下制备的过硫磷石膏矿渣水泥混凝土的3d强度低于普通硅酸盐水泥混凝土和普通矿渣水泥混凝土，但混凝土7d强度迅速增长，28d强度可以达到40.8MPa，接近同等级普通硅酸盐水泥混凝土。减少磷石膏掺量，提高磨细矿渣粉的比表面积能够使过硫磷石膏矿渣水泥混凝土的力学性能得到增强。过硫磷石膏矿渣水泥混凝土水化产物主要是AFt(钙矾石)和C-S-H凝胶，AFt和剩余的CaSO4·2H2O被紧紧包裹在凝胶中，形成

6、均匀的致密结构，与硅酸盐水泥水化产物的显著区别是未发现有Ca(OH)2。过硫磷石膏矿渣水泥混凝土中的矿渣在与水泥熟料/钢渣(碱激发)和磷石膏(硫酸盐激发)协同水化反应下，比普通硅酸盐水泥混凝土形成更多低Ca/Si的C-S-H凝胶以及小于10nm的凝胶孔。过硫磷石膏矿渣水泥混凝土比普通硅酸盐水泥混凝土的浆体骨料的界面过渡区更加平整密实。由于过硫磷石膏矿渣水泥中水泥熟料的掺量低，碱度小，以及磷石膏的缓凝作用，导致矿渣无法快速溶蚀释放出活性物质参与水化反应，使得过硫磷石膏矿渣水泥早期水化放热量较低。过硫磷石膏矿渣水泥混凝土，普通硅酸盐水泥混凝土和普通矿渣水泥混凝I 土经人工海

7、水侵蚀循环后混凝土的抗压强度下降，且随着海水侵蚀循环次数的增加，混凝土强度下降越明显。过硫磷石膏矿渣水泥混凝土抗海盐侵蚀性能强于普通硅酸盐水泥混凝土和普通矿渣水泥混凝土。海盐侵蚀后过硫磷石膏矿渣水泥混凝土的水化产物组成及形貌发生改变，混凝土内部钙矾石含量增多，板片层状磷石膏随着溶解反应含量减少，混凝土界面过渡区有微裂纹生成。采用电通量法，快速氯离子渗透系数法和非稳态自然扩散法测得的过硫磷石膏矿渣水泥混凝土的抗氯离子渗透性能均要优于普通硅酸盐水泥混凝土和普通矿渣水泥混凝土。过硫磷石膏矿渣水泥混凝土的细化孔结构和化学吸附固化Cl-生成Frie