Cem. Concr. Compos.：早期CO₂养护硅酸盐水泥-粉煤灰-GGBS三元浆体的氯离子固化

Cem. Concr. Compos.：早期CO₂养护硅酸盐水泥-粉煤灰-GGBS三元浆体的氯离子固化

题目：Chloride binding of early CO₂-cured Portland cement-fly ash-GGBS ternary pastes

早期CO₂养护硅酸盐水泥-粉煤灰-GGBS三元浆体的氯离子固化

早期CO₂养护、粉煤灰、GGBS、氯离子固化、氯化盐类型

出版年份：2022年

来源：Cement and Concrete Composites

课题组：湖南大学史才军课题组

暴露于大气CO₂养护到期的混凝土碳化会降低孔隙溶液的碱度，进而导致碳化引起的钢筋腐蚀。因此，对于使用中的水泥基材料而言，这不是理想的化学反应。然而，如果这种碳化过程发生在新浇筑的水泥浆体和混凝土的硬化过程中，则它是有益的，作为一种加速固化机制，即早期CO₂养护。由于CO₂早期养护可提高水泥基材料的早期强度并隔离CO₂，因此受到越来越多的关注。

此外，由氯离子引起的钢筋腐蚀是通常使用除冰盐的海洋结构和桥面板最常见的耐久性问题。钢筋混凝土的耐腐蚀性能受混凝土的氯离子渗透性和水泥基体的氯离子结合影响很大，后者定义了Cl⁻与固体水泥基体在运输过程中的相互作用。当外部Cl^-离子渗透到水泥基材料中时，一部分Cl^-离子可能与铝相发生化学反应，形成Friedel盐（Fs）或Kuzel盐，或者发生物理反应吸附在C-S-H表面。溶解在孔隙溶液中的游离氯离子通常是可移动的，被认为是导致钢筋腐蚀的主要原因。当钢筋表面周围孔隙溶液中的游离氯离子浓度达到临界值（定义为阈值氯化物浓度）时，钢筋腐蚀就会开始。氯离子结合降低了孔隙溶液中游离氯离子的数量，从而降低了Cl^-在混凝土中的传输速度。因此，水泥基体的氯离子结合度越高，钢筋混凝土结构的耐腐蚀性能就越高。所以，在氯离子渗透和钢筋腐蚀过程的建模中需考虑水泥基材料的氯离子固化能力。

养护到期的混凝土中发生的风化碳化对氯离子固化的影响已得到广泛研究。然而，风化碳化与早期CO₂养护不同，后者发生在新浇筑的水泥浆体和混凝土中，通常伴随着随后的水化过程。未反应的水泥熟料在随后的水化过程中将补偿孔隙溶液的碱度并产生额外的水化产物，这明显影响水泥浆体的氯离子固化。因此，养护到期的混凝土早期CO₂养护和风化碳化可能以不同方式影响混凝土的氯离子固化。基于作者之前的研究发现，早期CO₂养护降低了水泥浆体的氯离子固化，粉煤灰（FA）对早期CO₂养护的水泥浆体的氯离子固化产生负面影响。然而，一些方面仍不清楚，如早期CO₂养护水泥浆体的氯离子结合等温线、硅酸盐水泥—粉煤灰—GGBS（粒状高炉矿渣）三元共混物的氯离子固化以及盐类的影响。

在本研究中，作者比较了早期CO₂养护和持续水养护普通硅酸盐水泥浆体的氯离子固化能力，并研究了FA和GGBS对早期CO₂养护氯离子固化的影响。利用平衡法测定水泥浆体的氯离子结合能力。X射线衍射（XRD）和热重分析（TG）用于阐明三元混合水泥浆体在早期CO₂养护和浸入含氯溶液中的相和化学成分的变化。该项研究有助于了解和提高早期CO₂养护暴露于氯化物条件下的混凝土构件或结构的抗渗透性和耐久性，这可能会扩大CO₂养护和CO₂回收在建筑行业中的应用。

图1 使用因子设计方法的胶凝材料的三元组合

图2 28天时（a）未碳化和（b）碳化纯硅酸盐水泥浆体的拟合等温线

图3 （a）28 d和（b）90 d纯硅酸盐水泥浆体固化的氯离子量与NaCl溶液初始浓度之间的关系

图4 浸泡于1 M NaCl和CaCl₂溶液中的普通硅酸盐水泥浆体中的氯离子固化量

图5 早期进行CO₂养护的普通硅酸盐水泥浆体（养护28天）在（a）浸泡

图6 硅酸盐水泥—粉煤灰—GGBS浆体经受早期CO₂养护，（a）28 d和（b）90 d 时的DTG图

图7 在（a）28 d和（b）90 d时碳化和未碳化的普通硅酸盐水泥浆体的物理和化学固化的氯离子量

图8 在（a）28 d和（b）90 d的养护龄期浸泡于1 M NaCl溶液后，早期CO₂养护的硅酸盐水泥—粉煤灰—GGBS浆体的固氯等高线图

本研究采用简单的共沉降法制备了LDH纳米片，并研究了其掺配至水泥砂浆中的力学性能与运输性能。结合XRD，PSD，FT-IR以及SEM等表征手段，研究了合成环境对LDH性能的影响，并进一步探索了纳米片的片径大小和剂量对水泥砂浆性能的影响。可以得出以下结论：

1、通过采用共沉淀法控制pH值，制备出不同尺寸的LDH纳米薄片。随着共沉淀液pH值的升高，合成的LDHs尺寸减小，比表面积增大。LDH-11的平均直径（D）为9.5μm，厚度（t）为102 nm，而LDH-13的平均直径（D）最小（D=3.2 μm，t=35 nm），LDH-12具有中等大小（D=6.3 μm，t=66 nm）。所有LDH都表现出相似的高纵横比，在91和95之间。XRD和FT-IR分析证实，所制备的 LDH具有相同的晶相和功能组。

2、添加LDH纳米片可提高抗压强度和抗折强度。在pH=13下制备的LDH，粒度最小，具有最高效的强度增强作用。这可以归因于通过添加纳米片来提高样品的刚度。使用1%（体积分数）的LDH-13，设计的砂浆的抗压和抗折强度分别增加了17%和55%。

3、由于曲折度的增加，LDH纳米薄片的加入提高了砂浆的物理屏障效果。发现1%的LDH-13是提高氯离子传输阻力和氯离子迁移系数（DRCM）的最佳含量，可降低25%。

4、由于LDH纳米薄片的氯离子结合能力和物理屏障，添加LDH的砂浆具有出色的长期传输性能。添加1% LDH-13时，氯离子扩散系数降低了53%。

翻译：

刘建伟          硕士生       深圳大学

审核：

于珂珂          硕士生       深圳大学

排版：

赵泰淇          硕士生       深圳大学