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水 利 学 报

２０２４年 ４月 ＳＨＵＩＬＩ ＸＵＥＢＡＯ 第 ５５卷 第 ４期

文章编号：０５５９ － ９３５０（２０２４）０４ － ０４４９ － ０７

溶蚀作用下硅酸三钙水化产物微结构演变机理研究

李文伟，李曙光，李新宇，杨华美
（中国长江三峡集团有限公司 水工混凝土工程技术研究室，北京 １０００３８）

摘要：处于水下区的大坝混凝土由于钙离子溶出易遭受溶蚀破坏，从而造成水泥水化产物脱钙溶解，进而导致大
坝混凝土性能劣化失效。为深入揭示大坝混凝土溶蚀劣化机理，有必要厘清溶蚀作用下水泥水化产物形貌与微结
构的演变规律。硅酸三钙（ ＣＳ）是水泥的主要矿物相，其水化产物特性对水泥及混凝土性能影响显著。为此，本
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研究制备了高纯度 ＣＳ单体，加水水化后浸泡在不同浓度氯化铵溶液中模拟水泥水化产物的加速溶蚀，并结合热
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重分析、核磁共振、扫描电镜、氮吸附等微观测试方法对其溶蚀前后产物的组成、微纳观结构与形貌进行表征。
结果表明硅酸三钙水化产物与氯化铵溶液发生中和反应，溶液的 ｐＨ值升高；氯化铵浓度越大，反应后溶液的 ｐＨ
值相对越低、水化产物脱钙程度越大，证实了溶蚀程度与环境条件密切相关；溶蚀减少了水化产物中水化硅酸钙
凝胶中的化学结合水含量，使硅链结构发生聚合、孔隙结构被粗化并加剧水化硅酸钙凝胶的空心程度，且结构和
形貌变化程度随溶蚀程度的增加而增大，从微纳观尺度为揭示混凝土溶蚀机理提供了依据。
关键词：溶蚀；硅酸三钙（ＣＳ）；水化硅酸钙凝胶；化学结合水；硅核磁；微观形貌
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文献标识码：Ａ
中图分类号：ＴＶ４１ ｄｏｉ：１０．１３２４３?ｊ．ｃｎｋｉ．ｓｌｘｂ．２０２３０７０６

１ 研究背景

我国已建成三峡、白鹤滩、乌东德等一批世界级巨型水电站，为保障能源安全、经济发展及水资
源优化配置做出了巨大贡献。大坝混凝土的耐久性对水电站长期安全运行至关重要，但其水下部分由
于长期接触水，其孔隙液与周围环境存在显著的钙离子浓度梯度，混凝土内部钙离子会向外部环境扩
散而流失 ［１］ ，易生成氢氧化钙等水化产物分解 ［２］ ，导致水化硅酸钙凝胶脱钙分解，转变为无定形硅
胶 ［３］ ，最终致使混凝土基体胶凝性丧失、崩解破坏，即溶蚀破坏。已有研究 ［４ － ７］ 大多直接以混凝土为
研究对象，在宏观层次研究了加速溶蚀环境下混凝土溶蚀深度和力学性能随时间的演变规律，并建立
了相应的时变模型，一定程度上解释了水泥混凝土溶蚀的规律。但由于混凝土组成复杂，溶蚀的影响
因素众多，要科学合理地揭示混凝土的溶蚀机理、机制，需从发生溶蚀破坏的本源，即水泥主要水化
产物相———水化硅酸钙（ Ｃ － Ｓ － Ｈ）凝胶的溶蚀特性入手，研究溶蚀环境下其组成和微纳观结构、形貌等
与脱钙程度的相关关系。
硅酸三钙（ ＣＳ）是硅酸盐水泥的主要矿物之一 ［８ － ９］ ，其水化产物显著影响硬化水泥浆体的性能 ［１０］ 。
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不少国内外学者尝试从硅酸盐水泥矿物水化产物入手研究水泥混凝土的劣化机理，但关注较多的是水
化产物的收缩、碳化、氯离子扩散等特性 ［１１ － １４］ 。本研究将制备的 ＣＳ水化产物，浸泡于不同浓度氯化
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铵溶液进行加速溶蚀脱钙试验，重点研究溶蚀前后 ＣＳ水化产物的组成、微 － 纳观结构和形貌，以揭
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示硅酸盐水泥混凝土的溶蚀机理。

收稿日期：２０２３ － １１ － １３；网络首发日期：２０２４ － ０４ － ２３
网络首发地址：ｈｔｔｐｓ：??ｋｎｓ．ｃｎｋｉ．ｎｅｔ?ｋｃｍｓ?ｄｅｔａｉｌ?１１．１８８２．ＴＶ．２０２４．０４１９．１０１７．００２．ｈｔｍｌ
基金项目：国家自然科学基金长江联合基金重点项目（Ｕ２０４０２２２）；湖北省自然科学基金三峡联合基金重点项目（２０２３ＡＦＤ１８３）；湖北
省自然科学基金三峡联合基金培育项目（ ２０２３ＡＦＤ１９６）；河南省引江济淮科研服务项目（ＨＮＹＪＪＨ?ＪＳ?ＦＷＫＹ － ２０２１００５）
作者简介：李文伟（１９６５ － ），正高级工程师，博士生导师，主要从事大坝混凝土长期耐久性研究。Ｅ － ｍａｉｌ：ｌｉ＿ｗｅｎｗｅｉ＠ｃｔｇ．ｃｏｍ．ｃｎ
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