腐蚀环境中高水充填材料劣化机理与控制课件

1、腐蚀环境中高水充填材料劣化机理与控制内 容一、高水充填材料特点二、碳酸盐溶液中高水充填材料腐蚀及劣化机理三、氯盐环境中高水充填材料腐蚀及劣化机理四、酸性环境中高水充填材料腐蚀及劣化机理五、腐蚀环境中高水充填材料劣化控制六、结论 块石胶结充填尾砂胶结充填膏体似膏体泵送充填高水速凝充填全尾砂胶结充填矿山充填主要充填材料是以水泥或类水泥为主的胶凝材料变化了的水泥与现代混凝土一、高水充填材料特点为了进一步降低矿山充填成本，先后采用了高水充填材料、超高水充填材料（水体积分数可达95%以上）充填材料种类：1、水固比高2、流动性好3、充填成本低4、速凝早强1、高水材料的配制2、凝结硬化性能3、硬化机理4、微

2、结构5、碳化（风化）机理高水充填材料特点高水充填材料研究认为：高水材料不适于在干燥、开放、高温环境中使用，但在井下潮湿、低温、封闭的采空区环境下，高水材料是一种较为理想的充填材料采空区中的充填体多处在复杂的腐蚀介质环境中高水充填材料水化产物主要是钙矾石硬化体内非结合水量达50%以上富含HCO3、SO42、Cl以及Ca2+、Mg2+、Na+等离子；我国南方煤矿的矿井水pH值一般在2.5-5.8，有时甚至能达到2.0硬化体是不是真正能稳定？二、碳酸盐溶液中高水充填材料腐蚀及劣化机理碳酸钠溶液对高水充填材料（水固比2.5：1）强度及外观影响标养2h强度标养28d强度浸泡28d强度浸泡56d强度浸泡9

3、0d强度0.571.561.070.650.43浸泡在10%的碳酸钠溶的富水充填材料强度(Mpa)(a) 浸泡28d (b) 浸泡56d (c)浸泡90d在碳酸钠溶液中浸泡后出现软化现象且强度较浸泡之前明显降低。说明内部的钙矾石遭到破坏发生分解二、碳酸盐溶液中高水充填材料腐蚀及劣化机理碳酸钠溶液中高水充填材料的SEM与XRD分析(a)扫描电镜图片； (b)能谱图高水充填材料浸泡28天后表面泥化部分的扫描电镜及能谱试验结果. 同时存在碳硫硅钙石的5种必需元素C、S、Si、Ca、O，二、碳酸盐溶液中高水充填材料腐蚀及劣化机理碳酸钠溶液中高水充填材料的SEM与XRD分析硬化部分X射线衍射图谱. (a

4、)硬化部分28d图谱；(b)硬化部分56d图谱；(c)硬化部分90d图谱在碳酸钠溶液浸泡的高水充填材料中有碳硫硅钙石生成，且随浸泡时间延长碳硫硅钙石的衍射峰增强二、碳酸盐溶液中高水充填材料腐蚀及劣化机理高水充填材料在碳酸钠溶液中浸泡后的红外光谱分析(a)硬化部分28d图谱； (b)硬化部分56d图谱； (c)硬化部分90d图谱硬化部分红外光谱图. 图中1011cm-1及537cm-1处存在明显的SiO6特征峰，说明在碳酸钠溶液中浸泡28天后生成了碳硫硅钙石，在850cm-1处均不存在明显的特征峰，说明没有AlO6存在，即钙矾石不存在或较少。二、碳酸盐溶液中高水充填材料腐蚀及劣化机理高水充填材料

5、在碳酸钠溶液中的腐蚀机理以往对碳硫硅钙石型硫酸盐腐蚀的研究表明，在温度低于15摄氏度，尤其是在05摄氏度时混凝土中掺入石灰石粉容易生成碳硫硅钙石。实际上，在有CO32的溶液中，钙矾石将会转化为烂泥状的无胶凝性的碳硫硅钙石三、氯盐环境中高水充填材料腐蚀及劣化机理氯盐溶液对高水充填材料（水固比2.01)强度及外观影响浸泡溶液标养2h强度标养28d强度浸泡28d强度浸泡90d强度浸泡180d强度氯化钠2.34.43.543.463.33氯化镁3.222.952.4浸泡在10%的氯盐溶液中的富水充填材料强度Mpa在氯化镁溶液中浸泡后的试件受压时试件表面出现8mm左右的剥离现象，浸泡在氯化镁溶液中的试件

6、剥离部分呈现酥软状 (a) NaCl溶液中浸泡180d (b) MgCl2溶液中浸泡180d (c) MgCl2溶液中浸泡180d后受压 三、氯盐环境中高水充填材料腐蚀及劣化机理氯盐溶液对高水充填材料的SEM与XRD分析(a): 氯化钠溶液(b):氯化镁溶液在不同氯盐溶液中浸泡180d后的富水充填材料电镜图片内部针状晶体变为扁平状物质，生成大量石膏，三、氯盐环境中高水充填材料腐蚀及劣化机理氯盐溶液对高水充填材料的SEM与XRD分析(a): 氯化钠溶液(b):氯化镁溶液在不同氯盐溶液中浸泡180d后的富水充填材料XRD图片高水充填材料在氯化镁溶液中浸泡180d后高硫型水化硫铝酸钙大量分解，生成较

7、多的低硫型水化硫铝酸钙和二水石膏。三、氯盐环境中高水充填材料腐蚀及劣化机理高水充填材料在氯盐溶液中的腐蚀机理氯离子置换钙矾石中的硫酸根生成Friedels盐钙矾石发生分解低硫型水化硫铝酸钙和石膏氯化镁溶液对高水充填材料存在Cl-和Mg2+的双重腐蚀盐酸溶液对高水充填材料（水固比2.01)强度的影响四、酸性环境中高水充填材料腐蚀及劣化机理pH值标养2h强度标养28d强度浸泡28d强度浸泡90d强度浸泡180d强度11.342.51.380.510.2831.651.201.05浸泡在盐酸溶液中的富水充填材料强度Mpa富水充填材料在pH值为1的盐酸溶液中浸泡180d后的抗压强度比试件标养28d的强

8、度降低88.8%。盐酸溶液中高水充填材料的SEM与XRD分析四、酸性环境中高水充填材料腐蚀及劣化机理(a)：浸泡28d (b)：浸泡90d (c)：浸泡180d高水充填材料在pH值为1的盐酸溶液中浸泡后的SEM图片高水充填材料浸泡180d后，内部针状晶体明显减少，有大量的无定形物质生成，同时有较粗的柱状晶体生成，空隙增大。盐酸溶液中高水充填材料的SEM与XRD分析四、酸性环境中高水充填材料腐蚀及劣化机理(a)：浸泡28d (b)：浸泡90d (c)：浸泡180d高水充填材料在pH值为1的盐酸溶液中浸泡后的XRD图片浸泡28d后其主要水化产物为钙矾石浸泡90d后主要水化产物为钙矾石，出现了次氯酸

9、钙和氯铝酸钙的衍射峰浸泡180d后出现了石膏的衍射峰。硫酸溶液对高水充填材料（水固比2.01)强度的影响四、酸性环境中高水充填材料腐蚀及劣化机理富水充填材料在pH值为1的硫酸溶液中浸泡180d后的抗压强度为0pH值标养2h强度标养28d强度浸泡28d强度浸泡90d强度浸泡180d强度11.342.51.390.25031.561.410.8浸泡在硫酸溶液中的富水充填材料强度Mpa硫酸溶液中高水充填材料的SEM与XRD分析四、酸性环境中高水充填材料腐蚀及劣化机理 (a)：浸泡28d (b)：浸泡90d (c)：浸泡180d高水充填材料在pH值为1的硫酸溶液中浸泡后的SEM图片浸泡90d后，钙矾石

10、数量逐渐减少，浸泡180d后针棒状晶体大幅度减少，柱状晶体增多。 硫酸溶液中高水充填材料的SEM与XRD分析四、酸性环境中高水充填材料腐蚀及劣化机理(a)：浸泡28d (b)：浸泡90d (c)：浸泡180d高水充填材料在pH值为1的硫酸溶液中浸泡后的SEM图片主要钙矾石，另外有水化钙铝黄长石、单硫型水化硫铝酸钙、石膏钙矾石的衍射峰大幅度减少且衍射强度降低只存在二水石膏和钙矾石的衍射峰；钙矾石的衍射峰很弱高水充填材料在酸性溶液中的腐蚀机理在酸溶液中，为高水充填材料提供强度的钙矾石遭到了严重破坏酸性介质首先与OH-发生中和反应，生成易溶于水的物质及非凝胶性物质，高水充填材料碱度急剧降低，发生由外

11、而内的逐层破坏。为了平衡碱度，导致钙矾石、水化硅酸钙等水化产物失去稳定性，继而水解、溶出。抗压强度不断下降。四、酸性环境中高水充填材料腐蚀及劣化机理富水充填材料在硫酸溶液中浸泡时受到H+与SO42-离子的双重腐蚀，即H+侵蚀引起的硬化体结构的溶解腐蚀和石膏引起的膨胀腐蚀。两种高水充填材料性能对比（水固比2.0）五、腐蚀环境中高水充填材料劣化控制高水充填材料标养条件下的抗压强度高水充填材料在不同溶液中浸泡90d后的抗压强度损失率两种高水充填材料在碳酸钠溶液中浸泡后的XRD分析五、腐蚀环境中高水充填材料劣化控制原配比 改良后的配比碳酸钠溶液中浸泡90d的XRD改良后高水充填材料在碳酸钠溶液浸泡90d，碳硫硅钙石的衍射峰降低五、腐蚀环境中高水充填材料劣化控制两种高水充填材料在氯化镁溶液中浸泡后的XRD