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腐蝕性海水環(huán)境對地下工程錨固結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和耐久性提出了重大挑戰(zhàn)。其中，錨固結(jié)構(gòu)腐蝕程度受注漿材料性能、腐蝕齡期、應力狀態(tài)等諸多因素的影響。而注漿材料的抗腐蝕性是抗海水腐蝕的關鍵問題。
為此，中國科學院武漢巖土力學研究所施工過程力學研究團隊基于鐵鋁酸鹽水泥熟料、普通硅酸鹽水泥、硬石膏和石灰石粉等材料的制備研發(fā)了耐腐蝕新型高強注漿材料。同時，采用不同鹽濃度的人工海水溶液，開展了全浸泡方式的加速侵蝕試驗。科研人員通過單軸壓縮試驗、X射線衍射試驗、熱重分析試驗、壓汞試驗等測試技術，系統(tǒng)研究了新型高強注漿材料的力學性能、膨脹率、氯離子含量、水化產(chǎn)物、微觀結(jié)構(gòu)等性能指標的演變規(guī)律。結(jié)果表明：高強注漿材料的單軸抗壓強度隨腐蝕齡期的增加呈現(xiàn)先增大后減小的規(guī)律。同時，試件的抗蝕系數(shù)在0.95~1.30之間變化。隨著腐蝕齡期的增加，注漿材料的質(zhì)量和膨脹率呈對數(shù)型增長。高強注漿材料在海水中吸收硫酸根離子，從而促進鈣礬石的生成，以此來抵抗硫酸鹽腐蝕。另外發(fā)現(xiàn)Friedel's salt主要是由氯化物與單硫鋁酸鹽的硫酸鹽離子交換產(chǎn)生的。試驗結(jié)果證實了研發(fā)的新型高強注漿材料具有優(yōu)異的抗海水中鹽腐蝕能力和良好的力學穩(wěn)定性能，揭示海水侵蝕環(huán)境下新型注漿材料侵蝕劣化演化過程的宏細觀特征。
研究成果發(fā)表于Construction and Building Materials期刊，研究工作得到了國家自然科學基金重大項目課題（No. 51991392）、國家重點研發(fā)計劃課題（No. 2021YFC3100802、2021YFC3100805）等項目的資助。
論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2023.131056
圖1 腐蝕齡期和海水鹽濃度對抗壓強度的影響 (a)單軸抗壓強度；(b)抗蝕系數(shù)
圖2 不同海水鹽濃度下水化產(chǎn)物的演化
圖3 不同鹽濃度與腐蝕齡期下材料體系中硫元素含量的變化過程
(a) 0.5a，(b) 1.0a，(c) 1.5a