酸性环境下复合改性防腐砂浆耐侵蚀特性与寿命预测研究

作     者：徐吉宾 

作者单位：西安理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王振山;文保军

授予年度：2024年

学科分类：08[工学] 081304[工学-建筑技术科学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 0813[工学-建筑学] 

主      题：酸腐蚀 防腐砂浆 甲基硅酸钠 无机铝盐防水剂 腐蚀机理 

摘      要：随着我国经济的快速发展,我国工业和生活污水排放量逐年上升,污水排放量的增加对人居环境的挑战日益严峻。研究污水环境下构筑物防护与修复问题,可有效缓解污水腐蚀造成的影响,保证结构健康运行。因此,研制一种既能保证力学性能恢复同时可对主体结构进行防腐保护的复合改性防腐砂浆对保障实际工程中污水设施的安全使用和延长使用寿命具有重要意义。 为提升腐蚀环境下砂浆耐腐蚀能力,本课题在普通纤维砂浆的基础上,通过添加矿物掺合料和两种防水剂（甲基硅酸钠和无机铝盐防水剂）对砂浆进行改性,开发了一种复合改性耐腐砂浆。为研究两种防水剂对砂浆耐腐蚀性能的影响,本试验设计不同防水剂掺量配合比,并设置普通纤维砂浆和聚合物砂浆两组对照组,得到十组砂浆配合比。设置了周期270d的草酸环境快速腐蚀试验,每个腐蚀周期（90d）结束后,观察并分析试块表观样貌、吸水率、质量损失率、抗压强度、相对动弹性模量等宏观性能数据,研究酸环境下砂浆性能退化规律;结合SEM电镜扫描、X射线衍射分析及TG测试,对材料微观层面耐久性能进行分析。在试验研究基础上,开展了草酸环境下砂浆腐蚀机理及寿命预测研究。研究结果可为防腐砂浆工程应用提供技术支撑,促进腐蚀环境下结构工程修复与防护技术发展。主要研究结论如下: （1）砂浆复合改性后力学性能明显提升,复掺纤维砂浆初始抗压强度52.17MPa,较普通聚合物砂浆提升近30%;加入掺合料和防水剂后砂浆初始抗压强度高达70MPa以上,强度提升90%以上。腐蚀后改性砂浆仍保持较高强度,其中S6剩余抗压强度为64.25MPa,为聚合物砂浆的2.39倍,耐腐蚀能力优异。防水剂和掺合料的加入对提升砂浆的力学性能和耐腐蚀性能具有显著效果,无机铝盐防水剂贡献最为突出。 （2）草酸腐蚀作用下砂浆表层迅速生成白色草酸钙结晶,表面出现砂化脱落现象,试块损伤逐渐加剧。改性后试块质量损失率约为聚合物砂浆的1/6,质量吸水率仅为5.24%,相较普通聚合物砂浆性能提升27.5%,吸水率和质量损失率均较低且总体稳定。 （3）本文基于试验结果,引入耐久性综合评价指标D值,分析不同配合比砂浆试块耐久性能,并利用灰色系统理论中GM（1,1）模型预测不同配合比砂浆试块的使用寿命。腐蚀810d后S1、S2试块D值退化50%以上,改性后砂浆退化保持在40%以内;以D值小于0.75为失效标准,砂浆改性后预计使用寿命比传统聚合物砂浆提高630天。 （4）综合考虑试验结果、耐久性综合指标D值和寿命预测模拟结果,在实际工程中推荐使用单掺无机铝盐防水剂高耐腐砂浆来保证砂浆在酸性腐蚀环境下的使用寿命,并将掺量控制在24kg/m3。