混凝土的硫酸盐侵蚀机理及其影响因素
焦作工学院学报(自然科学版),第22卷,第6期,2003年11月
Journal of Jiaozuo Institute of Technology(Natural Science),Vol.22,No.6,Nov.2003
混凝土的硫酸盐侵蚀机理及其影响因素
吕林女1,何永佳2,丁庆军2,胡曙光2
(1.武汉理工大学结构工程与力学系,湖北武汉430070; 2.武汉理工大学材料科学与工程学院,湖北武汉430070)
摘要:通过分析混凝土硫酸盐侵蚀反应类型,阐明了混凝土硫酸盐侵蚀机理;通过对混凝土组分、混凝土内部孔隙类型及其分布、侵蚀溶液及混凝土所处的工作环境的研究,探讨了影响混凝土硫酸盐侵蚀的因素,并在此基础上从降低混凝土组分与硫酸盐反应的活性和改善混凝土的孔隙结构等方面提出了提高混凝土抗硫酸侵蚀能力的思路和途径.
关 键 词:混凝土;硫酸盐侵蚀;机理;影响因素
中图分类号:TU528.33 文献标识码:A 文章编号:1007Ο7332(2003)06Ο0465Ο04 0 引 言
随着时间的推移,人们发现混凝土材料并不象预期的那样耐久,很多工程未达到设计使用年限就出现各种非力学破坏,给社会生活及人身安全等都造成了不利的影响,混凝土耐久性已越来越引起各方面的广泛关注.引起非力学破坏现象的原因是多种多样的,其中主要原因之一就是由于硫酸盐的侵蚀[1,2].海洋、盐湖、地下水等环境中大多含有硫酸盐,混凝土组分本身也有可能带有硫酸盐,它们在各种条件下对混凝土产生侵蚀作用,使其发生破坏.如何预防和减轻硫酸盐对混凝土的侵蚀破坏一直是混凝土耐久性研究的一项重要内容.
1 混凝土的硫酸盐侵蚀机理
1.1 内部和外部侵蚀
从SO2-4的来源看,混凝土的硫酸盐侵蚀可分为内部和外部侵蚀.内部侵蚀是由于混凝土组分本身带有的硫酸盐引起的,而外部侵蚀是环境中的硫酸盐对混凝土的侵蚀.外部侵蚀可分为两个过程: (1)SO2-4由环境溶液进入混凝土孔隙中,这是一个扩散过程,其速率决定于混凝土的抗渗性.(2) SO2-4与其他物质的反应过程.近年来,由于含硫酸盐外加剂及含硫酸盐集料的大量采用,内部硫酸盐侵蚀也成为研究热点[3].与外部侵蚀相比,内部侵蚀的化学实质也是SO2-4与水泥石矿物的反应,但由于SO2-4来源不同,内部侵蚀又具有与外部侵蚀不同的特点,内部侵蚀中,母体内部的SO2-4从混凝土拌和时就已存在,不经过扩散即可与水泥石中的矿物发生侵蚀反应,而SO2-4的量随反应的进行而减少,因此侵蚀速率则随母体龄期增长而趋于降低.
1.2 侵蚀化学反应
混凝土的硫酸盐侵蚀是一个复杂的物理化学过程,多年以来,国内外许多学者在侵蚀机理方面作了大量的研究,形成了一些结论.
一般而言,硫酸盐侵蚀有以下化学反应:
(1)形成钙矾石.SO2-4与水泥石中的氢氧化钙和水化铝酸钙反应生成三硫型水化硫铝酸钙(钙
收稿日期:2003Ο07Ο10;修回日期:2003Ο09Ο10
基金项目:国家十五攻关项目“混凝土安全性专家系统的研究”资助,编号:2001BA307B01-02.
作者简介:吕林女(1972Ο),女,博士,讲师.
矾石),固相体积增大94%,引起混凝土的膨胀、开裂、解体,这种破坏一般会在构件表面出现比较粗大的裂缝.另一方面,钙矾石生长过程中的内应力也进一步加剧了膨胀.这和液相的碱度密切相关,碱度低时,形成的钙矾石为大的板条状晶体,此类钙矾石一般不带来有害的膨胀,碱度高时如在纯硅酸盐水泥混凝土中形成的钙矾石为针状或片状,甚至呈凝胶状析出,形成极大的结晶应力,因此合理控制液相的碱度是减轻钙矾石危害性膨胀的有效途径之一.
(2)形成石膏.如果硫酸盐浓度较高时,则不仅生成钙矾石,而且还会有石膏结晶析出.一方面石膏的生成使固相体积增大124%,引起混凝土膨胀开裂,另一方面,消耗了CH ,而水泥水化生成的CH 不仅是C ΟS ΟH 等水化矿物稳定存在的基础,而且它本身以波特兰石的形态存在于硬化浆体中,对混凝土的力学强度有贡献,因此导致混凝土的强度损失和耐久性下降.根据浓度积规则,只有当
SO 2-4和Ca
2+的浓度积大于或等于CaSO 4的浓度积时才能有石膏结晶析出.有些专家认为当侵蚀溶液中SO 2-4的浓度在1000mg/L 以下时,只有钙矾石结晶形成,当SO 2-4浓度逐渐提高时,开始平等地
发生钙矾石-石膏复合结晶,在SO 2-4
浓度非常高时,石膏结晶侵蚀才起主导作用.但事实上,若混凝土处于干湿交替状态,即使环境溶液中SO 2-4
浓度不高,也往往会因为水分的蒸发而使侵蚀溶液浓缩,石膏结晶侵蚀有可能成为主要因素.我国八盘峡水电站和刘家峡水电站等工程的硫酸盐侵蚀破坏都具有此特点.
(3)MgSO 4作用下的化学反应.MgSO 4是硫酸盐中侵蚀性最大的一种,其原因主要是Mg 2+和SO 2-4均为侵蚀源,二者相互叠加,构成严重的复合侵蚀.反应主要有以下几种:
M S +CH +2H —→C S H 2+MH ,
这种反应生成的石膏或钙矾石引起混凝土的体积膨胀,同时反应将CH 转化成MH ,降低了水泥石系统的碱度,破坏了C ΟS ΟH 水化产物稳定存在的条件,使水化产物分解,造成混凝土强度和粘结性的损失.
C 4AH 13+3M S +2CH +20H —→C 3A ?3C S ?H 32+3MH ,
同前式一样,该反应生成膨胀性产物钙矾石,并且将水化CH 转化为MH.在混凝土系统中,若存在单硫型水化硫铝酸钙,则也会参与这类转化反应,对混凝土有类似的破坏作用
C ΟS ΟH +M S +5H —→MH +C S H 2+S 2H
2MH +S 2H —→2M ΟS ΟH +H
这两种反应将水泥石的主要强度组分C ΟS ΟH 分解为没有胶结性能的硅胶或进一步转化为硅酸镁,导致混凝土强度损失,粘结性下降,实际工程中严重的硫酸镁侵蚀甚至将混凝土变成完全没有胶结性能的糊状物.
(4)形成碱金属硫酸盐晶体.混凝土孔隙中的碱金属硫酸盐浓度高时结晶析出,产生极大结晶应力和体积膨胀而使混凝土破坏.特别是当结构物的一部分侵入盐液,另一部分暴露在干燥空气中时,盐液在毛细管作用下升至水线以上部分然后蒸发,盐液浓缩而析晶.
2 主要影响因素
2.1 混凝土本身性质
(1)水泥中矿物成分的影响.硫酸盐侵蚀的实质是硫酸根离子与水泥石中的矿物(主要是铝酸盐矿物)发生的物理化学过程,因此水泥的化学成分和矿物组成是影响硫酸盐侵蚀程度和速度的重要因素,而C 3A 的含量则是决定性因素,实验证明混凝土膨胀随水泥中C 3A 含量的增加而明显增长,如图1所示[4].
若C 3A 含量高,且C 3S 含量亦高时则混凝土的抗硫酸盐侵蚀性更差,这是因为C 3S 水化生成大量的CH.不过若C 3A 含量不超过10%时,C 3S 的影响并不显著.从水泥本身化学成分方面改善混凝土抗硫酸盐侵蚀性能的研究已进行得比较多,研制开发出了各种抗硫酸盐水泥.6
64 焦作工学院学报(自然科学版) 2003年第22卷
(2)混凝土孔隙含量及分布的影响.混凝土的孔隙系
统也是一个重要影响因素,致密性好、孔隙含量少且连通孔
少的混凝土可以较好地抵抗硫酸盐侵蚀.而混凝土的孔隙率
及孔分布又与混凝土各原材料及其配比、混凝土密实成型工
艺、养护制度等多种因素有关.如当采用较高的水灰比时,
孔隙率大,大孔及连通孔较多,硫酸盐易侵入混凝土内部,
造成混凝土破坏.此外,混凝土所受的荷载及冻融循环、流
水冲刷等其他因素也可以通过影响混凝土的孔隙结构从而间
接地影响混凝土的硫酸盐侵蚀行为.
(3)其他.混凝土的拌合水及集料的选用也有讲究,骨
料中含硫酸盐的矿物成分和拌合水中有害离子都有可能加剧
硫酸盐侵蚀.
2.2 侵蚀溶液及工作环境
2.2.1 侵蚀离子浓度
SO 2-4浓度越大则侵蚀速率
越大,不过不是线性关系.环境
对混凝土的侵蚀程度可根据硫酸
盐溶液的浓度加以分级,如表1
如示.表1 环境水中硫酸盐对普通波特兰水泥的侵蚀等级Tab.1 Erosion grade of sulphate to ordinary Portland cement in environment water W (SO 2-4)/(mg ?L -1)<300300～600601～15001501～50005000侵蚀等级低轻微中等严重很严重
此外,如前所述,Mg 2+的存在也会加重SO 2-4对混凝土的侵蚀作用,但如果溶液中SO 2-4
浓度很低,而Mg 2+的浓度很高的话,则镁盐侵蚀滞缓甚至完全停止,这是因为Mg (OH )2的溶解度很低,随反应的进行,它将淤塞于水泥石的孔隙显著地阻止Mg 2+向水泥石内部扩散.
有研究发现,Cl -的存在将显著地缓解硫酸盐侵蚀破坏的程度和速度,这是由于Cl -的渗透速度
大于SO 2-4
,可以先行渗入较深层的混凝土中,在CH 的作用下与水化铝酸钙反应生成单氯铝酸钙和三氯铝酸钙,从而减少了硫铝酸钙的生成.
2.2.2 环境酸度(p H )
过去很多年以来关于硫酸盐侵蚀的研究大多没有对侵蚀溶液的p H 值给予足够的重视,席耀忠等认为[5]这种做法有碍于正确理解硫酸盐侵蚀机理和制定正确可靠的试验方法.他们的研究表明,随着侵蚀溶液p H 值的下降,侵蚀反应不断变化,当侵蚀溶液的p H 为12.5～12时,Ca (OH )2和水化铝酸钙溶解,钙矾石析出;当p H =11.6～10.6时,二水石膏析出,p H 低于10.6时钙矾石不再稳定而开始分解.与此同时,当p H 小于12.5时,C ΟS ΟH 凝胶将发生溶解再结晶,其钙硅比逐渐下降,由p H 值为12.5时的2.12下降到p H 为8.8时的0.5,水化产物的溶解─过饱和─再结晶过程不断进行,引起混凝土的孔隙率、弹性模量、强度和粘结力的变化.他们认为,对p H 值小于8.8的酸雨和城市污水,即使掺用超塑化剂和活性掺合料也难以避免混凝土遭受侵蚀.
2.3 相关因素在内、外部侵蚀中的不同作用
内部和外部硫酸盐侵蚀因其过程不同,相关因素对其影响也不完全一样.以水泥含量为例,对外部侵蚀而言,适当提高水泥含量,可以提高强度,增加密实性,从而增强混凝土的抗硫酸盐侵蚀性;但在内部侵蚀中,膨胀会随水泥含量的增加而加剧,尤其当水泥的C 3A 含量也高时,会导致更快的破坏速率. C.S.Ouyang 等人的实验证实了这一点,见图2[6].从水灰比来看,降低水灰比可以改善混凝土的抗硫酸盐侵蚀性,这一点在内部侵蚀和外部侵蚀中是一致的,但是,水灰比对外部侵蚀的影
响更为突出.外部侵蚀中,SO 2-4须先渗透到混凝土中,侵蚀过程才能发生,因此,降低水灰比,从
而减少混凝土孔隙率,增强其抗渗性,可有效地阻碍SO 2-4渗透,提高混凝土抗硫酸盐侵蚀的能力.
从掺合料看,在混凝土中掺入粉煤灰等优质掺合料可以改善混凝土抵抗内部、外部硫酸盐侵蚀的
764第6期 吕林女等:混凝土的硫酸盐侵蚀机理及其影响因素
能力,但是,由于掺合料的水化反应一般比较缓慢(硅灰例外),在
早期这种作用并不明显,只有在后期才突出地显示出来.因此,对内
部侵蚀而言,由于硫酸盐在混凝土拌和时就存在,侵蚀过程在开始阶
段就很剧烈,掺合料的有效影响得不到充分地显示;而在外部侵蚀
中,侵蚀过程以硫酸盐向混凝土母体的渗透为前提,因而掺合料可以
充分地显示其对混凝土的改性作用.
3 提高混凝土抗硫酸盐侵蚀能力的思路与途径
(1)正确选择混凝土原材料,降低混凝土组分与硫酸盐反应的活
性.具体而言:选择含硫酸盐少的集料、拌合水及外加剂等;选用抗
硫酸盐水泥.值得注意的是,掺加矿物掺合料是改善混凝土抗硫酸盐
侵蚀能力的一种重要方法,它不仅使混凝土中与硫酸盐有较强反应活
性的物质尽量预先与矿物掺合料进行反应而生成能在硫酸盐侵蚀环境
中较为稳定存在的物质,同时又可改善混凝土的孔结构.
(2)尽量改善混凝土的孔隙结构,提高混凝土的致密度,使硫酸
盐难以侵入混凝土内部经反应生成膨胀物质而引起破坏.具体而言:
进行合适的配合比设计,在满足混凝土工作性的情况下,尽可能地降
低单位用水量,以获得致密的混凝土,减小孔隙率和孔径;进行合理
的养护,使混凝土强度稳定发展,减少温度裂缝;通过掺加矿物掺合
料以提高水泥石强度及致密度,降低SO 2-4
的侵蚀能力.参考文献:
[1] 黄士元.混凝土的耐久性与混凝土结构物的安全性[J ].混凝土与水泥制品,1996(1):4-9.
[2] Freay A .Sulfate Resistance of Mortars with Pulverized Fuel Ash [J ],K atharine and Br yant Mather International
Conference on Concrete Durability ,1987(2):2041-2058.
[3] 覃立香.混凝土的硫酸盐侵蚀机理及影响因素[D ].湖北:武汉工业大学,1998.
[4] 亢景富.混凝土硫酸盐侵蚀研究中的几个基本问题[J ].混凝土,1993,(3):9-18.
[5] 席耀中.近年来水泥化学新进展—─记第九届国际水泥化学会议[J ].硅酸盐学报,1993,21(6):577-588.
[6] Ouyang C S ,Antonio Nanni ,Wen F.Chang .Internal and External S ources of Sulfate Ions in Portland Cement
Mortar :Two Types of Chemical Attack [J ],Cement and Concrete Research ,1988,18(5):699-709.
Mechanism and affecting factors of sulphate erosion in concrete
L ΒLin Οn ü1,HE Y ong Οjia 1,DIN G Qing Οjun 2,HU Shu Οguang 2
(1.Dept.of St ruct ural Eng.&Mechanics ,W uhan U niver.of Tech.
W uhan 430070,Chi na ;2.School of M aterial Science &Eng.,W uhan U niver.of Tech.
W uhan 430070,Chi na )Abstract :The mechanism of sulphate erosion in concrete is elucidated through analyzing its reaction types.The factors affecting the sulphate erosion reaction ,such as the components of concrete ,the porosity type and its distribution in concrete ,the erosive solution ,and the working environments of concrete are discussed.Based on the analysis and discussion ,the methods for promoting the anti Οsulphate erosion ability of concrete ,such as reducing the reaction activity of concrete ’s components with sulphate ,or ameliorating the porosity structure of concrete are proposed.
K ey w ords :concrete ;sulphate erosion ;mechanism ;affecting factors
(本文责任编校 李文清)8
64 焦作工学院学报(自然科学版) 2003年第22卷
浅谈如何提高混凝土的硫酸盐的腐蚀性
浅谈如何提高混凝土的耐硫酸盐腐蚀性 中铁大桥局集团有限公司兰武二线项目部二工区施忠张家升 提要：我国的西北、西南和沿海的许多地区地下含硫酸盐的水对混凝土有侵蚀性。分析原因，导致混凝土被侵蚀破坏主要有物理性侵蚀和化学性侵蚀两个方面。在施工黄河特大桥时，我们采取在混凝土中掺WQ系列的防腐剂以及其他相关措施，提高混凝土耐硫酸盐的腐蚀，取得较好的效果。可以推广使用WQ系列防腐剂，提高混凝土工程耐侵蚀性和工程质量。 关键词：混凝土环境地下水硫酸盐耐腐蚀 一、概述 1、自然界中使用的混凝土，由于受环境条件的影响，可能引起混凝土性能的变化，我国的西北、西南和沿海的许多地区，地下水和土壤中含有大量硫酸盐、镁盐和氯化物。由于混凝土在这种环境中使用遭受这些有害离子的侵蚀，引起硬化后水泥成分的变化，使其强度降低而遭破坏。如干湿循环、高温、低温的交替，都能使多孔结构的混凝土产生破坏，甚至导致完全崩溃。 2、我们施工的兰武铁路二线工程河口黄河特大桥地处我国的西北，位于黄河的上游段兰州西固区河口乡境内，桥位上游 1.5公里为八盘峡水库大坝，本桥处于水库影响区内。水库的畜、放水对桥位处流量影响很大，水位涨落幅度在 1.5-2.5米之间。桥位处于西北寒冷干燥地区，冬季最冷月月平均气温在-10℃，日温差较大，一般10—20℃之间。据水文地质勘测显示沿桥向有一跨越黄河支沟，该沟汇水面积较大，常年流水，水量平时不大，水质对混凝土工具硫酸盐强腐蚀性，黄河支沟从桥的22号墩、23号墩中间穿过，因此对22号、23号墩砼影响最大。本桥其它墩台处于硫酸盐中等腐蚀性区。在这种环境中使用的混凝土很容易遭受这些不利因素的影响，使混凝土的强度降低而破坏，甚至完全崩溃。 3、为了防止混凝土遭受硫酸盐侵蚀我们采取了选择C3A含量较低、水泥标号较高的水泥、严格控制骨料的级配、尽量掺入磨细粉料、在混凝
抗硫酸盐类侵蚀防腐剂
抗硫酸盐类侵蚀防腐剂 技 术 性 能 及 使 用
说 明 版权所有：北京海岩兴业混凝土外加剂有限公司 抗硫酸盐类侵蚀防腐剂技术性能及使用说明 Sulfate corrosion-resistance admixtures for concrete 在混凝土搅拌时加入的，用于抵抗硫酸盐、盐类侵蚀性物质作用，提高混凝土耐久性的外加剂，称为混凝土抗 硫酸盐类侵蚀防腐剂。简称抗硫酸盐类侵蚀防腐剂 执行标准：JC/T1011-2006 抗硫酸盐类侵蚀防腐剂以下简称“混凝土防腐剂”是新一代防止钢筋混凝土腐蚀的一种全新产品，它突破了钢筋混凝土防腐蚀的传统理念，开创了使用外加剂防腐的新方法，从根本上解决了传统防腐蚀方法的诸多不足和局限性。使用混凝土抗硫酸盐侵蚀防腐剂可以使混凝土具有抗盐类离子侵蚀、抗冻融循环破坏及高抗渗透等良好性能。特别适用对混凝土建筑物既要求防腐又要求抗渗的工程。掺入该产品还可以使混凝土收缩值减小，便于大体积混凝土施工。混凝土防腐剂应用简便，并不需要特殊施工工艺。同时这种防腐方法还综合利用了工业废料—粉煤灰，具有绿色环保的意义。 通过在普通硅酸盐水泥中加入适量的防腐剂（以粉煤灰或矿粉取代部分水泥），而
制成一种新的胶凝材料，产品符合中华人民共和国建材行业标准JC/T1011-2006各项指标。这种胶凝材料的抗硫酸盐能力已超过《铁道混凝土及砌石工程规范》附录十三中规定的AS高级抗硫酸盐水泥水平。对混凝土的耐久性能和施工性能有很大的提高。采用混凝土防腐剂生产的钢筋混凝土具有耐腐蚀、抗冻融、高强度、不渗透、收缩小、减水率高的优异性能。 混凝土防腐剂由北京海岩兴业混凝土外加剂有限公司独家根据用户需求研发生产，达到最基本的国家检测标准，目前混凝土防腐剂市场错综复杂，价位层次不齐，都会做混凝土防腐剂，真正满足客户需求的有几个，原应很简单，是我们的使用客户放纵了生产者，贪便宜所造成的后果是给建筑物带来安全隐患，我们的使用者没有受益。 混凝土防腐剂属于北京海岩兴业混凝土外加剂有限公司独家开发，发明人：于泳，在全国固定销售人员，无任何授权代理公司，工厂合同制生产，实地考察后，我司出示合理的产品质量保证文件，施工方案、实验样板得到客户一致认可后，签订有效合同后，按实际实验材料生产此产品，资料索取请联系我公司，此技术转让，任何剽窃行为举报者有奖！ 北京海岩兴业混凝土外加剂有限公司对本产品每批出厂产品均配有防伪标识,批产品的出厂说明,批产品的性能,批产品的合格证,每批都不同.每批货可通过网站，通过客户的合格证中的“产品批号”查询真假，并下载相关施工技术及说明书。 查询登陆“百度”或其他搜索引擎输入“海岩兴业”进入官网即可，本文由北京海岩兴业混凝土外加剂有限公司独家诠释，版权所有：北京海岩兴业混凝土外加剂有限公司，网址：https://www.360docs.net/doc/cd8779409.html,。
混凝土硫酸盐侵蚀影响因素探讨
【文章编号】:1672-4011(2006)04-0001-02 混凝土硫酸盐侵蚀影响因素探讨 高立强,李固华 (西南交通大学土木工程学院,成都610031) 【摘 要】:我国硫酸盐含量丰富,地质条件复杂,混凝土硫酸盐侵蚀在我国分布广泛。其影响因素很多,本文系统地总结了国内外关于硫酸盐侵蚀影响因素的研究现状,希望能对土木工程技术人员有所帮助,减少硫酸盐腐蚀事件的发生。 【关键词】:硫酸盐侵蚀;影响因素;混凝土 【中图分类号】:T U52213+2 【文献标识码】:B 1 概 述 混凝土的硫酸盐侵蚀,是混凝土老化病害的主要问题之一,如我国沿海地区、西北地区、西南地区的混凝土建筑物均存在硫酸盐侵蚀而引起破坏的工程实例[1]。1892年,米哈埃利斯首先发现硫酸盐对混凝土的侵蚀作用,在侵蚀的混凝土中发现一种针粒状晶体,并称之为“水泥杆菌”,实质上就是水化硫铝酸钙(钙矾石),随后的100多年里,各国学者对硫酸盐侵蚀进行了大量的、全面的研究,积累了丰富的文献资料。混凝土硫酸盐侵蚀的研究,国外开展的很早,前苏联的科学家早在20世纪初期就进行了硫酸盐侵蚀的研究,前苏联美国、欧洲等国均相继制订了混凝土抗腐蚀的有关标准,及研制出提高混凝土抗蚀性的新材料新技术,为防止和延缓混凝土的硫酸盐侵蚀取得了明显的效果。 我国自二十世纪五六十年代初期也开始了混凝土硫酸盐侵蚀的研究,主要研究了抗硫酸盐侵蚀的试验方法和破坏机理的探索,但是硫酸盐侵蚀被认为是在所有化学腐蚀中对混凝土或水泥制品影响最大的腐蚀,我国硫酸盐含量丰富,地质条件复杂,我国在铁路、公路、水利工程等方面都进行了研究,另外在提高水泥混凝土抗硫酸盐侵蚀性的研究方面,也取得了一定的成果,我国的相关规范中也加入了硫酸盐侵蚀的相关标准。另外从二十世纪六十年代初开始,以马孝轩为代表的研究人员在我国广大地区通过埋置混凝土桩的方法得到了我国不同土壤的混凝土腐蚀数据,在此基础上总结出不同混凝土在不同土壤中的腐蚀规律,这其中就有硫酸盐腐蚀的规律,对我国的工程建设起到了很好的指导作用。 鉴于硫酸盐侵蚀的对于建筑物影响的严重性,以及硫酸盐侵蚀诸多影响因素,在进行设计时,要结合实际情况,综合考虑这些因素的影响,将硫酸盐侵蚀的影响降到最低,这是我们所期望的。 2 侵蚀机理 硫酸盐溶液能与硬化水泥浆体发生化学反应。硫酸盐溶液与Ca(OH) 2 及水化铝酸钙发生反应生成的产物石膏与 水化硫铝酸钙,生成石膏与水化硫铝酸钙后较原化合物的体积增加很大,从而在硬化混凝土中产生很大的应力,造成混凝土的破坏。水泥浆体被石膏形成引起的损坏经历一个刚度和强度的降低的过程,继之以膨胀和开裂,最后材料转变成糊状物或无粘聚力的物质[2]。钙矾石生长可达240M Pa的应力[3],足以造成混凝土的膨胀、破裂。破坏特征为混凝土的表面呈稍白特征色,损坏通常从棱角开始,进一步开裂与剥落,致使混凝土易脆而松散的状态[4]。以下是比较常见的反应机理: Na2S O4?10H2O+Ca(OH)2=CaS O4?2H2O+2Na OH+ 8H2O 4CaO?A l2O3?13H2O+3(CaS O4?2H2O)+14H2O =3Ca O?A l2O3?3CaS O4?32H2O+Ca(OH)2 马孝轩认为[5],硫酸盐对混凝土的腐蚀规律是在初期增加混凝土的密实性,提高混凝土的强度;在后期破坏混凝土的结构,降低混凝土的强度。 3 影响因素 影响硫酸盐侵蚀的因素分为外部因素内部因素。 311 外部因素 31111 硫酸根离子浓度 AC I(美国混凝土协会)按硫酸根离子浓度把硫酸盐溶液分为四个等级:0～150ppm、150ppm～1500ppm、1500ppm～10000ppm、>10000ppm它们分别对应为轻微、中等、严重、很严重[6]的侵蚀。溶液的浓度不同会导致混凝土的硫酸盐侵蚀机理不同,B iczok[7]认为浓度的不同 导致生成的主要产物也不同:低浓度硫酸盐溶液与含C 3 A 的水泥主要生成钙矾石,高浓度的硫酸盐溶液与低含量C3A主要生成石膏,含量介于两者之间时主要产物是石膏 和钙矾石。在硫酸钠环境下,[S O2- 4 ]<1000ppm,主要 产物是钙矾石,[S O2- 4 ]>8000ppm,主要产物是石膏, 浓度处于中间便两者均有。在硫酸镁环境下,[S O2- 4 ]< 4000ppm,主要产物是钙矾石,[S O2-4]>7500ppm,主要产物是石膏,浓度介于两者之间便两者都有。在1991年我国颁布了“建筑防腐施工及验收规范”(G B50212-91), 在这一规范中列出了硫酸盐的侵蚀标准,当水中S O-2 4 含量大于4000mg/L为强腐蚀,1000mg/L～4000mg/L为中等腐蚀,250mg/L～1000mg/L为弱腐蚀[8]。除硫酸盐浓度之外,混凝土被侵蚀的速度还取决于与水泥反应失去的硫酸盐可以补充的速度[4]。
硫酸盐对混凝土腐蚀机理及其过程
硫酸盐对混凝土腐蚀机理及其过程 通过分析商品混凝土硫酸盐侵蚀反应类型，阐明了商品混凝土硫酸盐侵蚀机理；通过对商品混凝土组分、商品混凝土内部孔隙类型及其分布、侵蚀溶液及商品混凝土所处的工作环境的研究，探讨了影响商品混凝土硫酸盐侵蚀的因素，并在此基础上从降低商品混凝土组分与硫酸盐反应的活性和改善商品混凝土的孔隙结构等方面提出了提高商品混凝土抗硫酸侵蚀能力的思路和途径。 1．1内部和外部侵蚀 2-4的来源看，商品混凝土的硫酸盐侵蚀可分为内部和外部侵蚀。内部侵蚀是由于商品混凝土组分本身带有的硫酸盐引起的，而外部侵蚀是环境中的硫酸盐对商品混凝土的侵蚀。外部侵蚀可分为两个过程： 2-4由环境溶液进入商品混凝土孔隙中，这是一个扩散过程，其速率决定于商品混凝土的抗渗性。2-4与其他物质的反应过程。近年来，由于含硫酸盐外加剂及含硫酸盐集料的大量采用，内部硫酸盐侵蚀也成为研究热点。与外部侵蚀相比，内部侵蚀的化学实质也是SO2-4与水泥石矿物的反应，但由于SO2-4来源不同，内部侵蚀又具有与外部侵蚀不同的特点，内部侵蚀中，母体内部的SO2-4从商品混凝土拌和时就已存在，不经过扩散即可与水泥石中的矿物发生侵蚀反应，而SO2-4的量随反应的进行而减少，因此侵蚀速率则随母体龄期增长而趋于降低。 2-4与水泥石中的氢氧化钙和水化铝酸钙反应生成三硫型水化硫铝酸钙（钙矾石），固相体积增大94%，引起商品混凝土的膨胀、开裂、解体，这种破坏一般会在构件表面出现比较粗大的裂缝。另一方面，钙矾石生长过程中的内应力也进一步加剧了膨胀。这和液相的碱度密切相关，碱度低时，形成的钙矾石为大的板条状晶体，此类钙矾石一般不带来有害的膨胀，碱度高时如在纯硅酸盐水泥商品混凝土中形成的钙矾石为针状或片状，甚至呈凝胶状析出，形成极大的结晶应力，因此合理控制液相的碱度是减轻钙矾石危害性膨胀的有效途径之一。2-4和Ca2+的浓度积大于或等于CaSO4的浓度积时才能有石膏结晶析出。有些专家认为当侵蚀溶液中SO2-4的浓度在1000mg/L以下时，只有钙矾石结晶形成，当SO2-4浓度逐渐提高时，开始平等地发生钙矾石-石膏复合结晶，在SO2-4浓度非常高时，石膏结晶侵蚀才起主导作用。但事实上，若商品混凝土处于干湿交替状态，即使环境溶液中SO2-4浓度不高，也往往会因为水分的蒸发而使侵蚀溶液浓缩，石膏结晶侵蚀有可能成为主要因素。我国八盘峡水电站和刘家峡水电站等工程的硫酸盐侵蚀破坏都具有此特点。4作用下的化学反应。MgSO4是硫酸盐中侵蚀性最大的一种，其原因主要是Mg2+和SO2-4均为侵蚀源，二者相互叠加，构成严重的复合侵蚀。反应主要有以下几种： 2．1商品混凝土本身性质 3A的含量则是决定性因素，实验证明商品混凝土膨胀随水泥中C3A含量的增加而明显增长，如图1所示。 3A含量高，且C3S含量亦高时则商品混凝土的抗硫酸盐侵蚀性更差，这是因为C3S水化生成大量的CH。不过若C3A含量不超过10%时，C3S的影响并不显著。从水泥本身化学成分方面改善商品混凝土抗硫酸盐侵蚀性能的研究已进行得比较多，研制开发出了各种抗硫酸盐水泥。 2．2．1侵蚀离子浓度 2-4浓度越大则侵蚀速率越大，不过不是线性关系。环境对商品混凝土的侵蚀程度可根据硫酸盐溶液的浓度加以分级，如表1如示。 2+的存在也会加重SO2-4对商品混凝土的侵蚀作用，但如果溶液中SO2-4浓度很低，而Mg2+的浓度很高的话，则镁盐侵蚀滞缓甚至完全停止，这是因为Mg（OH）2的溶解度很低，随
硫酸盐侵蚀环境因素对混凝土性能影响
硫酸盐侵蚀环境因素对混凝土性能影响 硫酸盐的侵蚀环境给混凝土的耐久性能带来严重的影响，在工程施工中应用的混凝土原料一般处在各种硫酸盐的环境中，如浓度、温度、干湿循环等。基于此，本文分析了硫酸盐对混凝土结构产生腐蚀的原理，展开了抗硫酸盐腐蚀性能方面的实验，为更好地提升混凝土的性能打下了基础。 标签：硫酸盐；侵蚀环境；混凝土；性能影响；研究 硫酸盐的侵蚀主要指在硫酸盐如硫酸钙、硫酸钠、硫酸镁等侵入水泥的混凝土时，会和水泥里的氢氧化钙与水化铝酸钙生成化学反应，而且因为氢氧化钙的浓度逐渐下降，导致水化矿物发生分解，进而生成硫铝酸钙和石膏，使体积变大，混凝土瓦解。 1、硫酸盐侵蚀对混凝土构造的腐蚀原理分析 1.1硫酸钠对混凝土的侵蚀原理 硫酸钠最先侵蚀的是Na2S04；和水泥的水化产物Ca（OH）发生化学反应，生成石膏（CaS042H20），再和单硫式的硫铝酸钙与含铝的胶体发生化学反应并生成次生钙矾石，因为钙矾石带有较强的膨胀性，因此会导致混凝土表面产生较大的裂痕。其化学反应式见下： Ca（OH）2+Na2S04 ·10H2O CaSO4 ·2H2O + 2NaOH+8H2O 2（3Cao·Al2O3·12H2O）+ 3（Na2SO4·10 H2O） 3CaO·Al2O3·3CaSO4·32 H2O + 2Al（OH）3+6NaOH+16H2O硫酸钙只会和水化的铝酸钙发生化学反应，生成硫铝酸钙。若侵蚀溶液里的S042-浓度超过1000mg/L的时候，水泥石的毛细孔如果被饱和的石灰溶液填满，既会生成钙矾石，又会在水泥石中析出二水石膏的结晶。从氢氧化钙变化成石膏，体积会扩大到原来的二倍，导致混凝土由于内应力太大而膨胀。石膏膨胀破坏的特征是试件没有产生粗大的裂纹，但是全体溃散。 1.2硫酸镁对混凝土的侵蚀原理 硫酸镁除了可以侵害水化的铝酸钙与氢氧化钙，还可以与水化的硅酸钙发生化学反应，其化学反应式为：3CaO·2SiO2·aq + MgS04 · 7H2O CaSO4·2H2O+Mg （OH）2+SiO2·aq 上面的化学式生成的Mg（0H）2和NaOH不一样，其溶解度较低（0.01g/L），而Ca（OH）2为1.37g/L，饱和溶液的PH值为10.5，而Ca（OH）2为12.4 ，NaOH为13.5，在这种情况下，钙矾石与C-S-H都是很不稳定的，较低PH值的
混凝土抗硫酸盐类侵蚀防腐剂
混凝土抗硫酸盐类侵蚀 防腐剂 技 术 性 能 及 使 用
说 明 版权所有：北京海岩兴业混凝土外加剂有限公司 混凝土抗硫酸盐类侵蚀防腐剂技术性能及使用说明混凝土抗硫酸盐类侵蚀防腐剂Sulfate corrosion-resistance admixtures for concrete 在混凝土搅拌时加入的，用于抵抗硫酸盐、盐类侵蚀性物质作用，提高混凝土耐久性的外加剂，称为混凝土抗 硫酸盐类侵蚀防腐剂。简称抗硫酸盐类侵蚀防腐剂 执行标准：JC/T1011-2006 混凝土抗硫酸盐类侵蚀防腐剂以下简称“混凝土防腐剂”是新一代防止钢筋混凝土腐蚀的一种全新产品，它突破了钢筋混凝土防腐蚀的传统理念，开创了使用外加剂防腐的新方法，从根本上解决了传统防腐蚀方法的诸多不足和局限性。使用混凝土抗硫酸盐侵蚀防腐剂可以使混凝土具有抗盐类离子侵蚀、抗冻融循环破坏及高抗渗透等良好性能。特别适用对混凝土建筑物既要求防腐又要求抗渗的工程。掺入该产品还可以使混凝土收缩值减小，便于大体积混凝土施工。混凝土防腐剂应用简便，并不需要特殊施工工艺。同时这种防腐方法还综合利用了工业废料—粉煤灰，具有绿色环保的意义。 通过在普通硅酸盐水泥中加入适量的防腐剂（以粉煤灰或矿粉取代部分水泥），而制成一种新的胶凝材料，产品符合中华人民共和国建材行业标准JC/T1011-2006各项指标。这种胶凝材料的抗硫酸盐能力已超过《铁道混凝土及砌石工程规范》附录十三
中规定的AS高级抗硫酸盐水泥水平。对混凝土的耐久性能和施工性能有很大的提高。采用混凝土防腐剂生产的钢筋混凝土具有耐腐蚀、抗冻融、高强度、不渗透、收缩小、减水率高的优异性能。 混凝土防腐剂由北京海岩兴业混凝土外加剂有限公司独家根据用户需求研发生产，达到最基本的国家检测标准，目前混凝土防腐剂市场错综复杂，价位层次不齐，都会做混凝土防腐剂，真正满足客户需求的有几个，原应很简单，是我们的使用客户放纵了生产者，贪便宜所造成的后果是给建筑物带来安全隐患，我们的使用者没有受益。 混凝土防腐剂属于北京海岩兴业混凝土外加剂有限公司独家开发，发明人：于泳，在全国固定销售人员，无任何授权代理公司，工厂合同制生产，实地考察后，我司出示合理的产品质量保证文件，施工方案、实验样板得到客户一致认可后，签订有效合同后，按实际实验材料生产此产品，资料索取请联系我公司，此技术转让，任何剽窃行为举报者有奖！ 北京海岩兴业混凝土外加剂有限公司对本产品每批出厂产品均配有防伪标识,批产品的出厂说明,批产品的性能,批产品的合格证,每批都不同.每批货可通过网站，通过客户的合格证中的“产品批号”查询真假，并下载相关施工技术及说明书。 查询登陆“百度”或其他搜索引擎输入“海岩兴业”进入官网即可，本文由北京海岩兴业混凝土外加剂有限公司独家诠释，版权所有：北京海岩兴业混凝土外加剂有限公司，网址：https://www.360docs.net/doc/cd8779409.html,。 一、产品的技术指标（掺量为胶凝材料的8%）
抗硫酸盐腐蚀型混凝土.
混凝土抗硫酸盐侵蚀研究 作者 摘要：本文介绍了混凝土硫酸盐侵蚀破坏的机理和分类以及混凝土硫酸盐侵蚀的影响因素。主要综合说明了5种判断硫酸盐侵蚀混凝土的检验方法：快速法；膨胀法；干湿循环法I;干湿循环法II;氯离子渗透试验。提出了4种改善方法：合理选择水泥及掺合料品种；提高混凝土密实性；采用高压蒸汽养护；增设必要的保护层。 Summary：This paper introduces the mechanism and classification of erosion of concrete sulfate and influence factors of concrete sulfate attack.5 methods for the inspection of sulfate attack concrete are described:Express method;Plavini;dry wet cycling method I;Dry wet cycling method II;Chloride ion penetration test.4 improvement methods are proposed:Reasonable selection of varieties of cement and admixture;Improve the density of concrete;High pressure steam curing;Add the necessary protective layer. 关键词：硫酸盐侵蚀混凝土改善方法影响因素 Key word： Sulfate attack Concrete Improvement method Influential factors
混凝土硫酸盐侵蚀机理及防止措施研究
混凝土硫酸盐侵蚀机理及防止措施研究 【摘要】混凝土的耐久性越来越多的受到工程界的重视，而由于硫酸盐侵蚀引起的破坏是混凝土耐久性降低的重要原因之一。盐渍地或水工混凝土建筑物，尤其是沿海和内陆盐湖地区以及地下洞库混凝土结构中的混凝土，由于受到水中硫酸盐的长期侵蚀而发生破坏。因此，研究混凝土硫酸盐侵蚀机理及防止措施对混凝土工程有重要的参考价值。 【关键词】混凝土；硫酸盐侵蚀机理；研究 一、混凝土硫酸盐侵蚀的机理及破坏类型 混凝土受硫酸盐侵蚀的特征是表面发白，破损通常在棱角处开始，并随裂缝的扩展而剥落，使混凝土处于易碎、甚至松散的状态。硫酸盐侵蚀破坏是—个复杂的物理化学过程，侵蚀破坏的机理可以从化学作用和物理作用两方面考虑；化学作用是指侵蚀介质中的SO42-与水泥石的组分发生化学反应生成膨胀性物质，产生膨胀内应力，导致混凝土结构物的破坏；物理作用主要是指地下水中有侵蚀性盐类物质进入混凝土结构内，当水分蒸发或湿度变化时会析出晶体并逐渐长大，最终由于产生较大的内应力而使混凝土遭受破坏。根据结晶产物和破坏型式的不同，硫酸盐侵蚀破坏可分为钙矾石膨胀破坏和石膏膨胀破坏两种类型。 （一）钙矾石膨胀破坏 钙矾石膨胀破坏是由于硫酸钠、硫酸钾等多种硫酸盐与水泥石中的Ca（OH）2作用生成硫酸钙，硫酸钙再与水泥石中的水化铝酸钙反应生成水化硫铝酸钙（3CaO·Al2O3·3CaSO4·31H20缩写成AFt，又称钙矾石）。钙矾石溶解度极小，由于结合了大量的结晶水（实际上的结晶水为30-32个）使固相体积显著增大，产生膨胀内应力。另外，钙矾石针状晶体会在原水化铝酸钙的固相表面呈放射状向四周生长，且互相挤压而产生极大的内应力，致使混凝土结构物受到破坏。但也有观点认为钙矾石破坏机理是由于吸水肿胀破坏而非结晶应力破坏。钙矾石膨胀破坏的特点是混凝土表面出现少数较粗大的裂缝。 （二）石膏膨胀破坏 当侵蚀溶液中SO42-浓度（1500mg/L～5O000mg/L）时，会产生硫铝酸盐型—石膏型侵蚀；当侵蚀溶液中SO42-浓度相当高（5000mg/L～lO000mg/L）时，便会生成二水石膏（CaSO4· 2H20）并结晶析出，产生体积膨胀导致混凝土破坏。石膏膨胀破坏的特点是混凝土没有粗大裂纹但整体溃散。 二、影响混凝土硫酸盐侵蚀的因素 许多因素会影响混凝土中硫酸盐的侵蚀。通常，硫酸盐的侵蚀不仅与侵蚀溶液中硫酸根离子浓度有关，还与溶液中镁离子、氯离子、钙离子等其它离子的含
高抗硫酸盐混凝土配合比优化设计
高抗硫酸盐混凝土配合比优化设计 摘要：某工程引水隧洞地下水中SO42-总磷含量超标，对混凝土有强结晶型腐蚀和污染引水水体的风险。因此在混凝土施工前，对该引水隧洞混凝土进行抗硫酸盐侵蚀性试验。本文介绍了硫酸盐对混凝土的侵蚀影响，高抗硫酸盐混凝土原材料的选择，及通过掺粉煤灰的方式对高抗硫酸盐混凝土配合比进行优化设计。 关键词：配合比设计；抗腐蚀性；高抗硫酸盐混凝土 1.引言 某工程引水隧洞附近有一些化工企业，其中某集团磷石膏渣场距引水隧洞约1km，而该洞段位于岩溶极发育区域，存在有机物渗透对工程及水质带来较大危害的风险。根据对该区段地表和地下水体抽样检测，地下水中SO42-总磷等含量超标，因此对该区段采取有针对性的防渗和防腐处理措施。故进行混凝土抗硫酸盐侵蚀性试验，以确保工程质量。 2.混凝土受硫酸盐侵蚀的影响因素 硫酸盐对混凝土侵蚀作用非常复杂，其中包括物理方面和化学方面的侵蚀。受硫酸盐侵蚀的影响因素也有很多，主要体现在内部因素和外部因素。内部侵蚀是由于混凝土组分本身带有的硫酸盐引起，主要体现在混凝土自身的性质包括水泥、活性掺合料和水胶比，施工质量水平等；外部侵蚀是环境中的硫酸盐对混凝土的侵蚀，包括硫酸根离子浓度和环境PH值、混凝土的工作环境条件等。 3.原材料选用 3.1 水泥 水泥对混凝土的抗腐蚀性能起决定性的作用，混凝土中的硅酸三钙的含量过高，易于受到硫酸盐的侵蚀生成石膏。如果混凝土中铝酸三钙过多，则易于生成过多的钙矾石，在侵蚀环境下导致膨胀破坏。根据工程设计要求，结合高抗硫酸盐水泥的特性，本次试验混凝土选用P?HSR 42.5高抗硫酸盐水泥。 依据GB748标准要求，对高抗硫酸盐水泥进行标准稠度用水量、凝结时间、安定性、比表面积、密度、抗压强度、抗折强度、铝酸三钙（C3A）含量、抗硫酸盐性等指标检测，试验结果均满足标准要求，抗硫酸盐性14d≤0.04％。试验结果见表3.1。 4.混凝土配合比设计及试验方法 4.1 配合比基本参数选择试验 在配合比设计过程中充分利用粉煤灰对降低混凝土水化热和后期强度的贡献，以及对混凝土抗侵蚀的作用，选出粉煤灰的合理掺量，全面考虑合理的骨料级配对混凝土工作性和可泵性的影响和耐久性抗侵蚀能力。通过对减水剂不同掺量下的混凝土性能试验，泵送剂的最优掺量为1.0％、对石子级配组合进行容重试验，并结合工程经验，选用二级配粒径为 5mm～20mm：20mm～40mm比例为45：55。 4.2 水胶比与强度关系 当混凝土原材料、生产工艺以及工序既定的情况下，混凝土的性能主要取决于水胶比的大小。水胶比越大混凝土的强度越低，水胶比越小混凝土的强度越高，抗侵蚀能力就越强。配合比设计过程中首先进行基准用水量与砂率试验，然后进行水胶比与强度关系试验，对水胶比与强度统计计算回归方程，利用设计强度等级计算配制强度，将配制强度带入回归方程
硫酸盐侵蚀过程中石膏相生成条件的研究
硫酸盐侵蚀过程中石膏相生成条件的研究The condition of the formation of gypsum in sulfate attack 内容摘要 硫酸盐侵蚀是影响混凝土耐久性的一个重要因素，实际工程由于硫酸盐侵蚀引起的混凝土结构未到服役寿命就产生各种破坏的案例非常多，为了防治硫酸盐侵蚀对基础设施的腐蚀破坏，确保安全生产，对混凝土硫酸盐侵蚀的相关问题进行深入的探讨和研究尤为必要。本文在国内外研究的基础上，对硫酸盐 侵蚀中的石膏型硫酸盐侵蚀做了进一步的研究，设置了CaO-SO 3-Na 2 O-H 2 O体系 在不同pH 值条件下进行反应，以此来模拟硫酸盐侵蚀中石膏的形成环境，进而探究石膏的形成条件。 关键字：硫酸盐石膏相 pH Abstract Sulfate attack is an important factor which influences the durability of concrete. The cases of damaged concrete before its service life due to sulfate attack areoften recorded in the actual structures. In order to prevent the damage caused by sulfate attack to the infrastructure, and ensure the safety in production, a further study and research on sulfate attack in concrete is necessary. In this paper, a further research on the problem of gypsum in sulfate attack on the basic of research results at home and abroad is carried out. In order to simulate the forming of gypsum in sulfate environment, a CaO-SO3-Na2O-H2O system is set to react and form gypsum under the condition of different pH value. Key words: sulfate attack gypsum; ph
水泥及混凝土抗硫酸盐腐蚀的检测方法介绍
水泥及混凝土抗硫酸盐腐蚀的检测方法介绍 摘要：抗硫酸盐腐蚀是混凝土耐久性研究的重要内容，其检测方法有国内的GB749，GB2420及美国ASTM C1012及日本JIS标准，由于这些实验在一般工地应用较少，因此需要检测人员加强学习和交流探讨。本文对这些方法进行了进行了介绍简介，并建议了砂浆和混凝土试件实体抗腐蚀的快速检测方法，希望能得到检测同仁的指导和帮助。 关键词：混凝土耐久性硫酸盐腐蚀 1. 绪论 盐碱土是陆地上分布广泛的一种土壤类型，仅我国山东省的黄河三角洲地带，每年新增加的盐碱地达6000多公顷，其中重度盐碱地处于在海水和高矿化地下水综合作用下，土壤剖面一般都通体高盐，可溶性含盐量有时超过1%，以氯盐、硫酸盐为主，对混凝土结构物的耐久性能造成潜在的危害。 随着我国海洋战略的发展和环渤海湾经济区的大规模开发，盐碱地区建设了大量港口、码头、道路、桥梁及工业厂房等混凝土结构物，处于盐碱环境中水泥和混凝土会发生一系列的物理和化学变化，导致结构物的劣化和破坏。为改善混凝土结构的耐久性，在设计环节对原材料进行优选，在施工中对配制混凝土的抗盐碱腐蚀进行检测和验收具有重要意义，由于此类实验并不常做，所以还存在一些模糊的认识，本文拟对水泥混凝土抗硫酸盐腐蚀的检测方法进行简要介绍，希望对同行有所帮助。 2 .水泥抗硫酸盐快速试验方法GB/T 2420-1981。 根据GB/T 2420-1981方法，采用0.5水灰比，1：2.5胶砂比（砂子为0.25-0.65 mm的标准砂），成型10×10×60 mm的棱柱形砂浆试件，1天养护箱养护，7天50℃水养护，然后将试件分为两组，其一在20℃水中养护，另一组在3%Na2SO4溶液中养护，养护过程中每天用1N硫酸滴定以中和试件在溶液中释放的Ca （OH）2，并使溶液PH值保持在7.0左右。 2.1材料的基本要求： 水泥试样应充分拌匀,并通过0.9毫米方孔筛，标准砂应符合GB178一99《水泥强度试验用标准砂》的质量要求，试验用水应是对试验结果无干扰的洁净的淡水。试验室温度为17～25℃,相对湿度大于50％,水泥试样,标准砂,拌和水等的温度应与室温相同。养护箱温度20士3℃,相对湿度大于90%.浸泡前养护水的温度50土1℃,侵蚀液温度20士3℃。 2.2试体的成型与养护 试体成型前将试模擦净,紧密装配,内壁均匀涂一薄层机油，水泥与标准砂的
11硫酸盐的侵蚀
硫酸盐对混凝土的侵蚀：去伪存真 P.K.Mehta 加州的许多房主最近花费了几百万美元诉讼费一事，引起了美国建筑业的高度重视。这些诉讼常常涉及混凝土表面由于盐类物理侵蚀造成的剥落，而这种侵蚀被混淆为硫酸盐化学侵蚀。盐侵蚀是一种纯物理现象，它在一定条件下，例如砖、石或质量不好的混凝土暴露在碱性盐溶液，包括硫酸盐（但不局限于硫酸盐）溶液环境时会发生。此外，诉讼还包括对热养护的混凝土制品（铁路轨枕），一直认为其膨胀和开裂是延迟生成钙矾石（DEF）这种体内产生的硫酸盐侵蚀所造成的。从解释DEF造成膨胀和开裂的机理看来，似乎这种现象与以往所说的硫酸盐侵蚀存在很大的区别。 许多已发表或未经发表的，关于硫酸盐侵蚀的文献存在着相互矛盾和混淆的观点，已经引起公众的忧虑。硫酸盐侵蚀造成混凝土损伤的问题到底有多严重？它会导致结构破坏吗？由于DEF所造成损伤的机理是否就与那些外来硫酸盐侵蚀不一样？为了讨论这些问题，有必要详细浏览一下现状和新的研究成果。为了提供一些背景，本文在对选择的文献进行评述，试图解答上述问题之前，先简短地回顾一些历来在这方面的观点。 以往的一种观点 早在1915年美国标准局Wig 和Williams发表的一篇技术文章中[1]，谈到自1900年以来，美国西部贫瘠地区暴露于表面盐碱土和水环境里混凝土瓦解的原因，一直是工程师们和用户探讨的对象。作者们观察到：“在这些地区，许多混凝土结构物并没有受到盐类影响的迹象，但有些就出现受侵蚀的表征，用户们倾向于把所有的破坏现象归因为周围可见的碱所造成。于是，这种在美国东部是由于所用原材料品质不良或生产与浇注不当而造成的破坏现象，常常在西部被盐碱侵蚀作用的解释所替代。” 为了说明观点，Wig 和Williams在文章中引用了几个工程实例[2]。他们注意到：一条坐落在富硫酸钠土质上的灌溉工程经过7年的运行，一部分混凝土结构仍然完好，而另一部分就完全瓦解了，用手就可以抠下来；而且，混凝土里的孔隙被盐所填满。通过对混凝土排水渠（水里含有从土中溶解的硫酸盐）取样，并浸泡在0.1%或更大浓度的硫酸碱（钾或钠）溶液里进行的现场试验，得出以下结论： ?多孔的渠片，由于用的是比较干稠的贫混凝土拌合物，已经瓦解； ?瓦解是由于孔隙里的盐结晶引起的膨胀，以及溶液对水泥组分产生的化学侵蚀引起混凝土劣化所导致。 可见，早在20世纪初，研究者们就已经认识到暴露于碱性硫酸盐环境中的混凝土受侵蚀的基本特征；也已经知道：并非所有硅酸盐水泥混凝土都受到侵蚀，而只有那些配合比和制备不良，因此抗渗透性很差的混凝土，在暴露于某种不利的环境时，易于受到硫酸盐侵蚀；已经知道：多孔混凝土的劣化可由于碱性硫酸盐在孔隙里结晶的纯物理现象所导致，也会因水泥浆被硫酸盐溶液的渗透而分解所导致。研究者们还知道：与盐结晶相关的物理侵蚀，不限于碱性硫酸盐溶液，例如，在碱性碳酸盐溶液条件下，或者其它多孔材料，如天然石材与圬工结构上也同样发生。 至于硫酸盐引起的化学侵蚀，可以追溯到1892年，硅酸盐水泥浆体中的钙和铝相形成钙矾石会引起膨胀和开裂。在水化良好的硅酸盐或普通水泥浆里，初始的含铝相是单硫型的
混凝土的硫酸盐侵蚀机理及其影响因素
焦作工学院学报(自然科学版),第22卷,第6期,2003年11月 Journal of Jiaozuo Institute of Technology(Natural Science),Vol.22,No.6,Nov.2003 混凝土的硫酸盐侵蚀机理及其影响因素 吕林女1,何永佳2,丁庆军2,胡曙光2 (1.武汉理工大学结构工程与力学系,湖北武汉430070; 2.武汉理工大学材料科学与工程学院,湖北武汉430070) 摘要:通过分析混凝土硫酸盐侵蚀反应类型,阐明了混凝土硫酸盐侵蚀机理;通过对混凝土组分、混凝土内部孔隙类型及其分布、侵蚀溶液及混凝土所处的工作环境的研究,探讨了影响混凝土硫酸盐侵蚀的因素,并在此基础上从降低混凝土组分与硫酸盐反应的活性和改善混凝土的孔隙结构等方面提出了提高混凝土抗硫酸侵蚀能力的思路和途径. 关 键 词:混凝土;硫酸盐侵蚀;机理;影响因素 中图分类号:TU528.33 文献标识码:A 文章编号:1007Ο7332(2003)06Ο0465Ο04 0 引 言 随着时间的推移,人们发现混凝土材料并不象预期的那样耐久,很多工程未达到设计使用年限就出现各种非力学破坏,给社会生活及人身安全等都造成了不利的影响,混凝土耐久性已越来越引起各方面的广泛关注.引起非力学破坏现象的原因是多种多样的,其中主要原因之一就是由于硫酸盐的侵蚀[1,2].海洋、盐湖、地下水等环境中大多含有硫酸盐,混凝土组分本身也有可能带有硫酸盐,它们在各种条件下对混凝土产生侵蚀作用,使其发生破坏.如何预防和减轻硫酸盐对混凝土的侵蚀破坏一直是混凝土耐久性研究的一项重要内容. 1 混凝土的硫酸盐侵蚀机理 1.1 内部和外部侵蚀 从SO2-4的来源看,混凝土的硫酸盐侵蚀可分为内部和外部侵蚀.内部侵蚀是由于混凝土组分本身带有的硫酸盐引起的,而外部侵蚀是环境中的硫酸盐对混凝土的侵蚀.外部侵蚀可分为两个过程: (1)SO2-4由环境溶液进入混凝土孔隙中,这是一个扩散过程,其速率决定于混凝土的抗渗性.(2) SO2-4与其他物质的反应过程.近年来,由于含硫酸盐外加剂及含硫酸盐集料的大量采用,内部硫酸盐侵蚀也成为研究热点[3].与外部侵蚀相比,内部侵蚀的化学实质也是SO2-4与水泥石矿物的反应,但由于SO2-4来源不同,内部侵蚀又具有与外部侵蚀不同的特点,内部侵蚀中,母体内部的SO2-4从混凝土拌和时就已存在,不经过扩散即可与水泥石中的矿物发生侵蚀反应,而SO2-4的量随反应的进行而减少,因此侵蚀速率则随母体龄期增长而趋于降低. 1.2 侵蚀化学反应 混凝土的硫酸盐侵蚀是一个复杂的物理化学过程,多年以来,国内外许多学者在侵蚀机理方面作了大量的研究,形成了一些结论. 一般而言,硫酸盐侵蚀有以下化学反应: (1)形成钙矾石.SO2-4与水泥石中的氢氧化钙和水化铝酸钙反应生成三硫型水化硫铝酸钙(钙 收稿日期:2003Ο07Ο10;修回日期:2003Ο09Ο10 基金项目:国家十五攻关项目“混凝土安全性专家系统的研究”资助,编号:2001BA307B01-02. 作者简介:吕林女(1972Ο),女,博士,讲师.
硫酸盐对混凝土耐久性的影响
硫酸盐对混凝土耐久性的影响 姓名： 学号：
内容摘要 混凝土硫酸盐侵蚀，一直是混凝土耐久性研究中的重要组成部分，随着西部大开发的进行，对混凝土抗硫酸盐侵蚀的要求越来越迫切，虽然已经有许多检测方法、评定标准和模型，但到目前为止我国还没有一种方法能快速而真实的揭示混凝土硫酸侵蚀的机理。因此，对抗硫酸盐侵蚀试验方法进行全面深入的研究就显得非常迫切。本文简要介绍了对混凝土硫酸盐侵蚀问题的国内外的研究背景与研究现状，深入研究了硫酸盐作用下混凝土的侵蚀机理以及影响因素，介绍了实验室研究硫酸盐作用下混凝土耐久性的相关实验方法以及防止或减轻混凝土硫酸盐侵蚀的方法。 关键词：混凝土硫酸盐耐久性侵蚀机理影响因素实验方法防治措施 ABSTRACT The concrete sulfate attack, has always been an important part in the research of concrete durability. With the great development of Western China, the requirements of sulfate corrosion resistance of concrete is more and more urgent. Although there have been many detection methods, evaluation criteria and model, but so far China hasn’t found a method which can quickly and truly reveal the mechanism of sulfate attack on concrete.Therefore, sulfate resistance test method for comprehensive and in-depth research is very urgent. This paper briefly introduces the background and the status of the research at home and abroad of concrete sulfate attack, in-depth studies corrosion mechanism of concrete and influence factors under the action of the sulfate, introduces the experimental method of durability of concrete under the action of sulfate and the
硫酸盐侵蚀下的混凝土损伤破坏全过程
硫酸盐侵蚀下的混凝土损伤破坏全过程 左晓宝1,2,3，孙伟1,3 (1. 江苏省土木工程材料重点实验室，南京 211189；2. 南京理工大学土木工程系，南京 210094； 3. 东南大学材料科学与工程学院，南京 211189) 摘要：根据Fick第二定律建立了硫酸根离子在混凝土中的非稳态扩散反应方程，利用有限差分法求解该方程以获得硫酸根离子在混凝土中的浓度分布规律。根据硫酸根离子与混凝土中铝酸钙盐之间的化学反应所生成钙钒石的数量，给出了钙钒石生成过程中的混凝土膨胀应变计算公式，并由混凝土本构关系计算相应的膨胀应力，以评估混凝土是否开裂破坏。最后，通过数值仿真，模拟浸泡在2% Na2SO4溶液里的混凝土板内的硫酸根离子扩散过程、膨胀应变及应力变化、开裂破坏等全过程。结果表明：所提出的分析方法可定量地描述硫酸盐侵蚀下的混凝土损伤破坏规律。 关键词：硫酸盐侵蚀；混凝土；化学力学模型；损伤破坏；数值分析 中图分类号：TU528 文献标志码：A 文章编号：0454–5648(2009)07–1063–05 FULL PROCESS ANALYSIS OF DAMAGE AND FAILURE OF CONCRETE SUBJECTED TO EXTERNAL SULFATE ATTACK ZUO Xiaobao1,2,3，SUN Wei1,3 (1. Jiangsu Key Laboratory of Construction Materials, Southeast University, Nanjing 211189; 2. Department of Civil Engineering, Nanjing University of Science & Technology, Nanjing 210094; 3.College of Materials Science and Engineering, Southeast University, Nanjing 211189, China) Abstract: Based on Fick’s second law, a nonsteady diffusion equation of sulfate ions, in which chemical reactions depleting sulfate ions in concrete are considered during diffusion, is presented, and the finite difference is applied for solution of the equation to obtain the sulfate ion concentration distribution in concrete. Based on the amount of ettringite produced from the chemical reactions between sulfate and aluminates, the expansion strain due to the growth of the reaction product in concrete is calculated, and the constitutive relation of concrete was used to determine the expansion stress for evaluating the cracking failure of concrete. Finally, numerical simulation is utilized to analyze the process of the sulfate ion diffusion, the increment of the expansion strain and stress and the cracking of a concrete plate immersed into 2% sodium sulfate solution. The results show that the suggested analytical methods can quantify the cracking process of concrete under sulfate attack. Key words: sulfate attack; concrete; chemo-mechanical model; damage and failure; numerical analysis 遭受环境因素的侵蚀是导致混凝土材料与结构性能退化和服役寿命缩短的直接原因之一。硫酸盐侵蚀是混凝土材料与结构受环境因素作用而发生损伤累积破坏的重要形式，它涉及环境硫酸根离子在混凝土中的扩散与传输、离子与混凝土组分之间的化学反应、膨胀变形及应力分析、混凝土损伤破坏等多方面的问题，是混凝土耐久性研究的热点问题。[1] 目前，人们较多地开展了硫酸根离子在混凝土中的扩散与传输性能的理论模型研究、[2–4] 硫酸盐侵蚀导致混凝土膨胀变形及强度、刚度等力学性能降低的实验测试研究。[5–6]这些研究主要侧重于硫酸盐侵蚀过程中的离子扩散及混凝土材料力学性能变化规律等方面，而在侵蚀产物生成后混凝土损伤破坏全过程及侵蚀反应时程变化的定量描述模型还较为 收稿日期：2008–08–27。修改稿收到日期：2008–10–16。 基金项目：国家“973”计划(2009CB623200)；江苏省自然科学基金(BK2007212)；中国博士后基金(20060400903)；江苏省博士 后基金(0602009B)资助项目。 第一作者：左晓宝(1968—)，男，副教授，博士。 通讯作者：孙伟(1935—)，女，教授，院士。Received date:2008–08–27. Approved date: 2008–10–16. First author: ZUO Xiaobao (1968–), male, associated professor. E-mail: xbzuo@https://www.360docs.net/doc/cd8779409.html, Correspondent author: SUN Wei (1935–), female, professor. E-mail: sunwei@https://www.360docs.net/doc/cd8779409.html, 第37卷第7期2009年7月 硅酸盐学报 JOURNAL OF THE CHINESE CERAMIC SOCIETY Vol. 37，No. 7 J u l y，2009