氧化镁掺杂工程水泥基复合材料（MgO-ECC）在长期氯盐暴露下的力学性能与耐久性增强研究

本文系统评估了氧化镁（MgO）掺量（0–8%）及长期氯化钠暴露（~270天）对工程水泥基复合材料（ECC）氯离子渗透抵抗性的影响。研究表明，8% MgO-ECC在氯盐环境中表现出最优的力学性能（抗压强度60.7 MPa，极限应变1.6%）与耐久性（电荷通过量低至1722 C），其微观结构因水镁石和硅酸镁水合物（M-S-H）的形成而致密化。该材料为海洋工程等高氯环境提供了可持续解决方案。

　　

Highlight

原材料

本研究采用的原材料包括商用42.5级波特兰水泥（PC）、I级粉煤灰（FA，符合ASTM C618标准）以及轻烧氧化镁（MgO，煅烧温度约750°C–850°C）。采用硅砂（70–120目）调节砂浆基体的断裂韧性，聚乙烯醇（PVA）纤维由日本Kuraray有限公司提供。聚羧酸系高效减水剂（SP）用于改善工作性并确保纤维分散均匀。

氯离子渗透抵抗性

图4展示了四种ECC混合物在基准养护60天后的电通量结果。随着MgO含量的增加，电荷通过量呈下降趋势。根据表4，未掺MgO的ECC混合物表现出高氯离子渗透性，含4% MgO的ECC为中等渗透性，而含6%与8% MgO的ECC则显示出较低的氯离子渗透性（依据ASTM C1202分类）。8%E1.2混合物的电通量最低（约1722库仑），表明其具有优异的氯离子阻挡能力。

结论

本研究系统探讨了MgO掺量和长期NaCl暴露对工程水泥基复合材料（ECC）力学性能、微观结构演变及环境可持续性的影响。MgO的增强效应呈现非线性趋势：6%E1.2混合物在270天时抗压强度最高（68.9 MPa），而8%E1.2混合物则表现出卓越的拉伸延性（应变能力保持1.6%），并形成密集微裂纹。微观分析表明，水镁石（Mg(OH)₂）和硅酸镁水合物（M-S-H）的生成有效细化孔隙结构，提升基体密实度。此外，可持续性标准化分析显示，8% MgO-ECC在氯盐暴露后实现了最优的能耗与CO₂足迹控制。本研究为高氯环境（如海洋结构、地下管道、修复覆盖层）中MgO-ECC的应用提供了理论依据与设计指导。