Publication

Contradict mechanism of long-term magnesium and sodium sulfate attacks of nano silica-modified cement mortars - Experimental and thermodynamic modeling

Qiao Wang
2024
Article
Résumé

The mechanisms of external sulfate attack on cement mortars containing nano silica have been studied under full immersion conditions after 3 years. The sulfate degradation processes were compared between sodium sulfate and magnesium sulfate solutions with nano-silica replacements of 0, 1, and 8 wt% in CEM I Portland cement. Expansion, mass/strength loss, and microstructural alterations (spatial distribution of secondary phases and chemical compositions on C-S-H) of the degraded mortar were experimentally studied. The solution information was estimated from thermodynamic modeling, which was further used to predict the phase assemblage and the formation and expansion pressure of ettringite. The results showed that the degradation mechanisms were completely contradicted between the exposure solutions: the addition of nano silica increased the sulfate resistance in sodium sulfate solutions, the predicted low crystallization pressure resulted in low expansion, whereas the reduced sulfate resistance in magnesium sulfate solutions occurred where decalcification played a major role.

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Sulfate de magnésium
Le sulfate de magnésium est un composé chimique minéral anhydre de formule MgSO communément appelé sel anhydre d'Epsom. En réalité, c'est l'heptahydrate de sulfate de magnésium des chimistes ou l'epsomite des minéralogistes qui était et est encore le plus souvent récolté et purifié, puis vendu le plus souvent en masse cristalline, sous le nom commercial et traditionnel de « sel d'Epsom », « sel anglais », « sel de Sedlitz ». Ce sulfate naturel de magnésium hydraté était aussi dénommé « sel amer » pour son goût ou sa saveur amère, repérable en bouche après ingestion.
Sulfate de sodium
Le sulfate de sodium est un composé chimique courant formé d'un ion sulfate et de deux ions sodium. Lorsqu'il est à l'état anhydre, il prend l'apparence d'un solide cristallin blanc de formule chimique Na2SO4 dont la forme naturelle est la thénardite des minéralogistes. Ce sel était autrefois dénommé sel sec ou sel desséché de Glauber, car il provenait d'une lente dessication à l'étuve du sulfate de sodium décahydraté, Na2SO4·10H2O, connu sous le nom de sal mirabilis glauberi, simplifié en sel de Glauber par les anciens chimistes ou adapté plus tard par les minéralogistes en mirabilite pour désigner l'espèce minérale correspondante.
Sulfate
Un sulfate est un sel de l'acide sulfurique HSO. On appelle ion sulfate l'anion SO. Les sulfates font partie des polluants de l'air et en particulier lors des phénomènes de smog. Les sulfates de potassium, d'ammonium et de magnésium sont utilisés dans les engrais. Ceux de zinc, de manganèse, de cuivre et de fer sont utilisés en micro-fertilisation, pour corriger les carences en ces éléments. Le sulfate de cuivre ou vitriol bleu est aussi un fongicide et un bactéricide puissant utilisé en agriculture.
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