X衍射K值法定量相测定碳硫硅钙石含量的研究

硫酸盐侵蚀混凝土所产生的碳硫硅钙石与水化产物钙矾石难以区分，为解决因钙矾石影响而难以准确定量测定碳硫硅钙石这一问题，本文首先利用X衍射和Raman光谱法定性确定了碳硫硅钙石的存在。然后基于碳硫硅钙石和钙矾石在氯化钡溶液中化学稳定性的差异，通过化学反应去除了样品中的钙矾石，再利用X衍射K值法定量相分析了样品中碳硫硅钙石含量。研究结果表明，去除样品中的钙矾石后，通过引入X衍射定量相K值法测定，不同比例内标物的样品中碳硫硅钙石的含量一致。上述实验结果符合相同样品的物相比例不变的原则，表明选择性去除钙矾石后再用X衍射K值法定量分析碳硫硅钙石含量的测试方法可行，该方法可以为混凝土碳硫硅钙石破坏的定量分析提供依据。

常温下，因硫酸盐侵蚀所生成的石膏、钙钒石等膨胀性产物是导致水泥基材料耐久性快速劣化最为重要的化学因素之一[1] [2] [3] [4] [5]。近年来，国内外学者发现在低温下(日均温10℃以下)硫酸盐侵蚀后会额外生成碳硫硅钙石[6] [7]， 虽然碳硫硅钙石不会引起混凝土体积的变化， 但是会不断消耗水泥基材料中作为强度主要提供者的C-S-H 凝胶，由外及内地将其转变成一种灰白色的无强度的败絮状泥沙混合物，最终导致水泥基材料失去强度，发生解体式破坏[8] [9] [10]。这种渐进式破坏并不会出现宏观可测的膨胀或开裂，在低温碳硫硅钙石型硫酸盐侵蚀(thaumasite sulfate attack, TSA)的前中期，几乎无法观察到混凝土任何变化，只有到侵蚀后期才会观察到较为明显的腐蚀产物[11] [12]，因此，TSA 具有很强的隐蔽性，这对于基础设施的耐久性和安全运营产生了巨大的安全隐患。

定量分析水泥基材料混合物中的碳硫硅钙石是细化外界因素对TSA 影响的前提， 由于碳硫硅钙石和钙矾石在结构和化学成分上具有相似的特征，常规检测手段难以在混合物中对二者进行区分。两者的晶体结构同属六方柱状，其形貌极为相似，难以通过扫描电镜进行区分[9]。因二者的各晶面衍射角度几乎重叠[13] [14] (表1)，采用X 衍射分析方法来鉴别碳硫硅钙石和钙矾石也难以达成。在Raman 光谱中， 碳硫硅钙石的特征峰有658、990 和1088 cm−1，而钙矾石也同样含有990 和1088 cm−1 的特征峰[12]。此外，虽然钙矾石和碳硫硅钙石的热稳定性具有差异，钙矾石在70℃时可快速分解，而碳硫硅钙石的快速分解温度在90℃以上，但碳硫硅钙石在70℃时也会产生一定程度的分解[15] [16]，因此也难以通过热稳定性的差异对二者进行精确定量。

Skibsted 等[17]和使用29Si 交叉极化魔角旋转固体核磁共振方法对碳硫