Mg2+-SO42--Cl-侵蚀粉煤灰-偏高岭土复掺再生混凝土离子传输与物相组成演化研究

doi:10.16552/j.cnki.issn1001-1625.2025.0945

摘要/Abstract

摘要：

我国西部地区盐渍土广泛分布，其中腐蚀性Mg²⁺、 $S O 4 2 ? -$ 、Cl^-对再生混凝土（RAC）结构耐久性产生了极大的危害。试验采用7.5%MgSO₄-7.5%Na₂SO₄-5.0%NaCl（质量分数）溶液模拟西部盐渍土中的主要腐蚀介质，开展RAC盐腐蚀试验。采用固液萃取法、电位法和化学滴定法，分别测试了RAC中水溶性Mg²⁺、 $S O 4 2 ? -$ 、Cl^-、Ca²⁺的含量和pH值，探究偏高岭土取代率对RAC中离子含量与传输过程的影响。测试并分析盐腐蚀RAC的物相组成，揭示物相组成的演化规律与影响机制。腐蚀离子含量均随着RAC中偏高岭土的取代率增大逐渐提高，Ca²⁺含量和pH值则持续降低。侵蚀时间相同时，Cl^-在RAC中的传输范围最大，Mg²⁺的传输范围最小，Ca²⁺和pH值的变化受Mg²⁺和 $S O 4 2 ? -$ 扩散的影响显著。偏高岭土取代率增大，RAC中不溶性腐蚀产物的物相组成快速减少，可溶性腐蚀产物物相组成增多；随着侵蚀时间与暴露深度的增加，腐蚀产物物相组成先由简单向复杂转变后再逐渐简单化。侵蚀时间短或暴露深度大的RAC中，腐蚀产物物相组成简单或仅存在水化产物物相。

关键词: 再生混凝土, 盐渍土环境, Mg²⁺- $S O 4 2 ? -$ -Cl^-侵蚀, 偏高岭土取代率, 离子传输, 物相组成

Abstract:

Saline soils widely distributed in western China contain aggressive ions of magnesium， sulfate and chloride， severely threatening the durability of recycled aggregate concrete （RAC） structures. A solution simulating the primary aggressive media of these soils—comprising 7.5% MgSO₄， 7.5% Na₂SO₄， and 5.0% NaCl （mass fraction）— was utilized for RAC salt attack experiments. Water-soluble contents of magnesium， sulfate， chloride， and calcium， and pH values were measured by solid-liquid extraction， potentiometry， and chemical titration methods to investigate the effect of metakaolin replacement ratio on ion content and transport behavior. Analysis of mineral composition of exposed RAC elucidates evolutionary patterns and influencing mechanisms. Results indicate that aggressive ion contents increase gradually with higher metakaolin replacement ratios， whereas calcium content and pH values decrease continuously. At equivalent exposure times， chloride exhibites the widest migration range within RAC， compared to the most restricte migration shown by magnesium. Changes in calcium concentration and pH are significantly influenced by magnesium and sulfate diffusion. Higher metakaolin replacement ratios result in a rapid decrease in the mineral composition of insoluble corrosion products and an increase in that of soluble corrosion products. Prolonged exposure times and greater exposure depths cause the mineral composition of corrosion products to transform from simple to complex， followed by progressive simplification. Simplified mineral compositon of corrosion products， or those consisting solely of hydration product phases， is observed in RAC subjected to either short-term exposure time or deeper exposure depths.

Key words: recycled aggregate concrete, saline soil envoronment, Mg²⁺- $S O 4 2 ? -$ -Cl^- erosion, replacement ratio of metakaolin, ions transport, mineral composition

中图分类号:

TU528

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图/表 14

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Cementitious material	Mass fraction/%
Cementitious material	CaO	SiO₂	Al₂O₃	Fe₂O₃	MgO	Na₂O	K₂O	P₂O₅	SO₃	MnO	Cl	R₂O
Cement	64.77	18.90	4.66	3.38	2.18	1.28	0.97	0.48	3.75	0.05	0.05	0.35
Fly ash	6.98	50.95	29.01	4.21	1.10	2.97	2.03	0.93	1.37	0.07	0.06	1.87
Metakaolin	1.44	45.05	40.32	2.80	0.13	0.13	0.16	0.09	0.06	—	—	2.21

Cementitious material	Mass fraction/%
Cementitious material	CaO	SiO₂	Al₂O₃	Fe₂O₃	MgO	Na₂O	K₂O	P₂O₅	SO₃	MnO	Cl	R₂O
Cement	64.77	18.90	4.66	3.38	2.18	1.28	0.97	0.48	3.75	0.05	0.05	0.35
Fly ash	6.98	50.95	29.01	4.21	1.10	2.97	2.03	0.93	1.37	0.07	0.06	1.87
Metakaolin	1.44	45.05	40.32	2.80	0.13	0.13	0.16	0.09	0.06	—	—	2.21

Aggregate type	Water absorption/%		Needle and flake particle content/%	Crushing index/%
Aggregate type	8 h	24 h	Needle and flake particle content/%	Crushing index/%
Natural coarse aggragate	0.45	0.56	4.90	6.10
RCA	4.50	5.40	3.45	11.51

Aggregate type	Water absorption/%		Needle and flake particle content/%	Crushing index/%
Aggregate type	8 h	24 h	Needle and flake particle content/%	Crushing index/%
Natural coarse aggragate	0.45	0.56	4.90	6.10
RCA	4.50	5.40	3.45	11.51

Mixture	Mass fraction/%
Mixture	Cement	FA	MK	Sand	Natural coarse aggregate	RCA	Water	Water reducer
F0P0	443	0	0	717	569	506	155	5.54
F20P10	310	89	44	704	559	497	155	5.54
F15P15	311	66	66	705	560	498	155	5.54
F10P20	310	44	89	706	561	499	155	5.54

Mg²⁺-SO₄^2--Cl^-侵蚀粉煤灰-偏高岭土复掺再生混凝土离子传输与物相组成演化研究

Ion Transport and Mineral Phases Composition Evolution in Recycled Aggregate Concrete with Fly Ash-Metakaolin Exposed to Mg²⁺-SO₄^2--Cl^- Solution

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		Replacement ratio of fly ash-metakaolin				Dry-wet cycle				Exposure depth/mm
		F0P0	F20P10	F15P15	F10P20	0	30	90	180	2	4	10	20	30
Aggragate	A	√	√	√	√	√	√	√	√	√	√	√	√	√
	C	√	√	√	√	√	√	√	√	√	√	√	√	√
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Hydrationproducts	P	√				√	√					√	√	√
	Ms					√								√
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	Es					√							√	√
Insolublecorrosionproducts	E_f	√	√				√	√	√		√	√
	F	√	√				√	√	√		√	√
	G	√	√	√				√	√	√	√
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		Replacement ratio of fly ash-metakaolin				Dry-wet cycle				Exposure depth/mm
		F0P0	F20P10	F15P15	F10P20	0	30	90	180	2	4	10	20	30
Aggragate	A	√	√	√	√	√	√	√	√	√	√	√	√	√
	C	√	√	√	√	√	√	√	√	√	√	√	√	√
	D	√	√	√	√	√	√	√	√	√	√	√	√	√
	Q	√	√	√	√	√	√	√	√	√	√	√	√	√
Hydrationproducts	P	√				√	√					√	√	√
	Ms					√								√
	Z					√
	Es					√							√	√
Insolublecorrosionproducts	E_f	√	√				√	√	√		√	√
	F	√	√				√	√	√		√	√
	G	√	√	√				√	√	√	√
	N	√	√	√	√		√	√	√	√	√	√
	Y							√			√	√
Solublecorrosionproducts	Gl			√	√
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