《在一些斯洛文尼亚铁路隧道石灰石表层由于碳硫硅钙石形成而引起水泥砂浆劣化》由会员分享，可在线阅读，更多相关《在一些斯洛文尼亚铁路隧道石灰石表层由于碳硫硅钙石形成而引起水泥砂浆劣化（5页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、在在一些斯洛文尼亚铁路隧道一些斯洛文尼亚铁路隧道的的石灰石石灰石表层由于表层由于碳硫硅碳硫硅钙石的形成钙石的形成而引起的水泥而引起的水泥砂浆砂浆的的劣化劣化摘要摘要本文对斯洛文尼亚铁路隧道在一些维修工程中使用的无收缩性水泥砂浆劣化的原因进行了研究。这种水泥砂浆用于填充隧道壁石灰石块之间的接缝。其 劣化出现在维修工作完成后一至三年内。初步调查的结果表明，砂浆的劣化是 由于碳硫硅钙石的形成而引起的是。其中碳酸根离子来自石灰石岩层和水，而 假定石灰石岩层上的前蒸汽机车留下的污染与烟灰，以及现代柴油发动机的尾 气，是硫酸根离子的主要来源，其共同产生了石灰石上的石膏薄层。而且可以 看到石灰石上覆盖的旧的
2、煤灰和石膏层并没有被充分的清洗。关键词关键词：铁路隧道；修补砂浆；硫酸盐腐蚀；碳硫硅钙石 1.概述概述近年来，当需要重新填补、修复铁路隧道的石头包层的砂浆接缝时，更多 的是使用已制成的特殊的、工厂制备的修补材料，而非像以前更多的使用波特 兰水泥基砂浆。此变化的原因是工厂制备的材料更容易制备和应用，并且还具 有优异的物理和机械性能。它们可应用于机械（施工）同时其含有添加剂，可 防止砂浆收缩。它们需水量少，更好的防水性，更高的后期强度。但是，许多铁路隧道的修复工作已经完成，它们使用各种排水系统，并使 用了上述维修材料，其岩石表面有不同类型的石灰石。然而意外的发现隧道岩 石外墙损伤修复的区域发现了破
3、坏。在实验室测试中得到的结果的基础上，已 经发现，所涉及的正是碳硫硅钙石的形成。本文中对其主要特点和可能的损伤 机理进行描述。2.实地调查实地调查在第一阶段的调查中，调查了位于 Slovenia 两个不同地方的五个铁路隧道， 检查，采样它们的材料。其中两个位于斯洛文尼亚东南部，三个位于斯洛文尼 亚西南部。这些地域有类似的地貌和地质特点它们位于坚硬，致密，白垩 纪灰岩喀斯特。然而，就其工程地质而言，这些灰岩易渗透和易形成溶洞。这 意味着，在这些区域，有必要考虑到潜在的水流和滴流，这取决于一年中降水 的时间和量。从地表流出的水含有大量的 Ca 2 +和 Mg 2 +离子，它可以参与到 硫酸盐腐蚀过
4、程。水中还含有溶解的二氧化碳，这使水成弱酸性并加速石灰石 外墙方解石的溶解。有关水文和气候条件，在所调查的隧道一年四季没有记录。但是，在一定程 度上，在有关这些条件的基础上测量时结合上述部分的斯洛文尼亚大陆气候条件是可能得出结论的。调查隧道的长度为3002000米。在一个非典型的处于干旱期的秋季取样。在头两个隧道，SEMIC 和 Peenik，空气温度为2.5和3.5之间，相对湿度大于90。渗流形式的水、水滴随机出现在隧道墙壁和屋顶的不同地点。 ，在其它三个隧道（Kriiki、Jurgovski、Leeki）中，温度在3.5和5之间，空气的相对湿度大于80。采样时，没有明显的渗流水从隧道的墙壁
5、渗出，但 也有非常潮湿的地方。切割下来的隧道墙壁石灰岩岩块尺寸平均为 404040cm。在当地采集到得的是试样中仅包含少量即百分之几的以石英和 粘土矿物的形式存在的杂质。被调查的铁路隧道超过150年历史，而且重度污染。石灰石块的表面上有一 层石膏，在其之上有烟灰层，铁颗粒和其它污迹。维修工程进行前，隧道壁的 表面用水清洗，但这个清洗过程的质量是令人怀疑的，因为，由于经营环境困 难， （由于铁路交通时间和空间的限制）仅表面污染被清除，而石膏层仍遗留在 外墙岩石上。有可用的技术文档要求如下：用于修复隧道的砂浆包括一个部分（按重量 计）的粘合剂，和按重量计尺寸为0-3毫米的石英骨料，少量的特殊添加剂
6、及基 于波特兰水泥的粘合剂。但它含有收缩补偿组件，其化学成分为 3CaO3AL2O3CaSO4。这部份重量占硅酸盐水泥的重量的10。预制砂浆应用到机械施工。根据设计文件的要求，该砂浆应用于包覆石头 之间的接缝2到5厘米的厚度。然而，在被修复的表面，砂浆没有具备令人满意的一致性，其在石灰石块的表面有一种向下滑移的倾向（参照图1） 。隧道的墙壁上分布着各种类型的损伤，如表面上的石头和砂浆接缝的砂浆 膨胀和剥落。很明显反应发生在隧壁石灰岩块和修补砂浆或砂浆接缝修补砂浆 之间。在这些位置的修补砂浆，在硬化状态下通常是暗灰色的颜色，现已经变成柔和的白色糊状的粉末（参照图2） 。在更潮湿地方可以观察到肾形
7、团状的且呈浅灰色的泥浆。在执行维修工程到抽取劣化修补砂浆样品的一至三年的一段时间内， （隧壁） 出现一层污垢，这是铁路交通的污染在砂浆的外表面上沉积的结果。3.实验室分析结果实验室分析结果样品取自隧道内劣化位置。实验室测试重点放在产生于劣化的修补砂浆内 部的白色软物质。还分析了表面砂浆外部的黑色污染物。实验室用 X 射线衍射 方法分析，使用了飞利浦 NORELCO 衍射仪，同时利用 JEOL 5500显微镜在低真 空模式下采用 CuK 辐射，以及电镜扫描分析。对选定区域的砂浆样品使用 INCA 的软件进行 EDS 半定量化学分析。3.1.砂浆内侧的的白色糊状粉末的分析结果砂浆内侧的的白色糊状粉
8、末的分析结果使用 X 射线衍射（XRD） ，碳硫硅钙石被确定为主要的分解结晶产物。清晰的观察到了峰在19.5，23.4，26.0和28.0，2 ，从总的分析结果来看，其使钙矾石与 碳硫硅钙石得以区分，同时生成的还有氢 氧化钙碳化得到的方解石以及石英。在 SEM 图像中可以看到劣化修补砂浆的图像。从一个典型的图像（参见图3）可以清晰地看到，留存的矿物质羟钙石被针状碳硫硅钙石包裹。碳硫硅钙石的产生的第二种方式是以圆形聚合物的形式，尺寸大于0.4毫米，见图4。图5显示的是上图中被放大后的图像，可以清楚地看到针状碳硫硅钙石晶体，其最大尺寸为长度5微米，宽度1-2微米，碳硫硅钙石晶体的半定量化学分析的频
9、谱如图6。3.2.分析砂浆外侧的黑分析砂浆外侧的黑边边利用扫描电镜分析获得的图像显示其中有大量的颗粒，含有铁、一些碳原子及许多以单斜晶体形式存在的结晶石膏（参见图7） 。4.讨论讨论碳硫硅钙石的形成需要硫酸根离子和碳酸根离子与潮湿和寒冷的条件。在 所调查的隧道中环境条件是潮湿的，而且非常冷，尤其是在冬季，隧道所在地 区位于斯洛文尼亚具有最严酷的气候条件的地方。通过实地调查和实验室分析，在所获得的结果的基础上，发现修补砂浆的 破坏机制发生在所有五个隧道，具有相同的情况。其之间的修补砂浆劣化分解 反应的产物，其中碳硫硅钙石为主，其次是石膏，同时在砂浆的孔隙中，有一 些钙矾石。碳硫硅钙石的形成反应中
10、心在修补砂浆的内侧，从而使碳硫硅钙石的形成 从内到外表面扩大。由于硫酸盐腐蚀开始影响整个修补砂浆的质量，后者开始 膨胀，剥落同时以没有黏聚力的柔软白色离子的形式退化。碳硫硅钙石的形成 反应并没有出现在更多的地方，包括修补砂浆的深度。可以看到外层劣化的修 补砂浆和硫酸盐侵蚀的变化是以次生石膏的形式出现的。因此，这种现象不表 示较大规模的修补砂浆的劣化。显然，如果碳硫硅钙石要产生，必须满足所有必要的条件，即来源和环境。在本文中所描述的情况下，硫酸根离子的来源是硫，以 SO 2的形式产生于过去蒸汽机车的炉中的燃料的燃烧，并在近数十年来，其由内燃机车的烟雾所产生。 钙离子和碳酸根离子的来源是石灰岩包层
11、，连同本地岩石覆盖层下的地下水。 有足够数量的水运输反应物，且空，气潮湿，且有足够量的地下水以至于碳硫硅钙石得以产生。隧道内的温度，在秋冬期间，介于0和5C，而在夏季气温略高，为8C。斯洛文尼亚铁路隧道在钙矾石和碳硫硅钙石的形成的调查原因，不仅是一 般的气候条件，同时也是修补砂浆组成成分。根据Nagataki and Gomi，在石膏和水的存在下，补偿收缩成分3CaO 3AL2O3 CaSO4（它被用于隧道修补砂浆的研究）水化时，在条件充足的情况下钙矾可以能重新生成，即在CO 3 2 - 离子存在的情况下通过Si 4 +离子取代Al 3 +离子，由硅钙石转化为碳硫硅钙石，在给定的条件下，所使用的修补砂浆的一致性欠佳，一定是加速了这种反应。5.结论结论最近几年来被用于斯洛文尼亚铁路隧道中修复石块之间砂浆接缝的不收缩 型修补砂浆劣化的原因是碳硫硅钙石的形成。一方面碳硫硅钙石的形成可能是 由于环境条件和污染，然而修补砂浆劣化的另一个原因在于不良的一致性，其 化学成分。 ，如果水灰比有所减少则可以减小反应的程度，因为这会阻碍水和多 余的离子的进入。
