混凝土硫酸盐侵蚀影响因素探讨
混凝土硫酸盐侵蚀机理及影响因素
小于 0. 45、C3 S含量低于 8%的混凝土是相对安全 的 。文献 [ 12 ]认为 ,在硫酸钠环境下 ,水胶比低 ,有利 于抗侵蚀 。如水灰比 0. 5 和 0. 35, 浸泡时间为一 年 ,强度减少分别为 39%和 26%。但在硫酸镁环境 下 ,水胶比低 ,似乎加重了硫酸盐侵蚀 ,如水灰比 0. 5和 0. 35,强度减少分别为 62%和 81%。对于掺有 活性掺合料的水泥也得到类似的结果 。 2. 2 外部因素 2. 2. 1 硫酸根离子浓度
钙矾石的生成被认为是体积增加了 2. 5 倍 ,导 致膨胀应力的产生 ,而使混凝土开裂破坏 ,混凝土的 开裂又使硫酸根离子更容易渗透到混凝土内部 ,产 生恶性循环 。但对钙矾石的膨胀机理至今仍未清 楚 ,有人认为钙矾石的结晶压力导致了膨胀压力 ;也 有人认为是由于结晶差的钙矾石在碱性环境下吸水 膨胀导致了膨胀压力 [ 5 ] 。钙矾石生成的速度与铝 酸根的来源有很大的关系 ,在很多情况下 ,钙矾石形 成的速度由含铝相的溶解速度所决定 [ 6 ] 。钙矾石 形成的量与膨胀之间的关系还没有得到一个很好的 相关性 [ 4 ] 。 1. 4 C2S2H 和碳硫硅钙石 (CaSiO3 ·CaSO4 ·CaSO3 ·15H2 O )
硬化混凝土在硫酸盐溶液中石膏的形成可由化 学方程式 ( 1)和 ( 2)表示 。有观点认为石膏的形成 引起膨胀 ,体积变为原来的 1. 2倍 ,使混凝土受到膨 胀压力的作用 。为研究石膏的形成是否产生膨胀 , 必须排除钙矾石的影响 。B ingTian[ 1 ]用 5%硫酸盐 溶液浸泡 C3 S表明 ,浸泡有 4周的潜伏期 ,潜伏期一 过 , C3 S便以较大的速率膨胀 ,浸泡至 230 天 ,膨胀 达到 1. 05%。M anusanthanam[ 2 ]的试验结果同样表 明 ,在 4. 44%硫酸钠中浸泡 C3 S存在潜伏期 , 32 周 前膨胀很小 , 32周后开始膨胀 ,浸泡至 41周膨胀为 0. 22%。也有观点认为石膏的形成并不引起膨胀 , Hansen[ 3 ]认为氢氧化钙和硫酸根离子由通过 - 溶液 机理在毛细孔中形成固态石膏 ,不可能占有比孔隙 体积和溶解并参加反应的固态氢氧化钙体积之和更 大的体积 , M ather[ 1 ] 支持 Hansen 的观点 ,他认为石 膏是硫酸根离子和钙离子由通过 - 溶液机理生成 。 普遍都认为石膏的形成导致混凝土刚度 、强度的降
硫酸盐腐蚀下高性能混凝土物理力学性能及影响因素
硫酸盐腐蚀下高性能混凝土物理力学性能及影响因素徐惠;陈占清;郭晓倩【期刊名称】《煤炭学报》【年(卷),期】2012(037)002【摘要】为了提高地下深部结构在复杂环境中抵抗外界侵蚀的能力，以徐州淮海水泥厂525号水泥、铜山电厂粉煤灰、优质硅粉等为原料配置了5种不同水胶比（0．35，0．32，0．30，0．28和0．26）的高强混凝土（HPC），对其在硫酸钠溶液中进行加速腐蚀试验。
研究了HPC受硫酸钠腐蚀后物理力学性能的时变规律以及不同腐蚀溶液浓度、水胶比（w／b）和应力状态等因素对其的影响。
试验结果表明：HPC受硫酸钠腐蚀后强度总体上呈现先增加后减小的趋势；质量总体上呈现先降低后增大的趋势。
腐蚀溶液浓度越大，后期强度降低越快，质量下降段和上升段的转折点时间越晚；w／b小于0．28的HPC在硫酸钠腐蚀下强度影响较小，而w／b增加，质量下降和上升速率均增大；在4种不同的应力状态下，强度长期变化规律和无应力状态下一致。
不同之处，当应力比小于0．3时，硫酸盐腐蚀对强度和质量变化影响很小；当应力比达到0．5以上时，对HPC强度和质量的影响均较大。
【总页数】5页(P216-220)【作者】徐惠;陈占清;郭晓倩【作者单位】中国矿业大学深部岩土力学与地下工程国家重点实验室,江苏徐州221116／中国矿业大学力学与建筑工程学院,江苏徐州221116;中国矿业大学深部岩土力学与地下工程国家重点实验室,江苏徐州221116／中国矿业大学力学与建筑工程学院,江苏徐州221116;中国矿业大学深部岩土力学与地下工程国家重点实验室,江苏徐州221116／中国矿业大学力学与建筑工程学院,江苏徐州221116【正文语种】中文【中图分类】TU377【相关文献】1.硫酸盐和冻融循环耦合作用下活性粉末混凝土物理力学性能研究 [J], 吴鹏2.干湿循环作用下混凝土硫酸盐、硫酸盐-氯盐腐蚀试验研究 [J], 刘浩;石亮;穆松;刘红;刘玉静3.防硫酸盐腐蚀高性能混凝土的正交配合比试验 [J], 刘晋艳;李旭东;巩天真;马宏强;褚震;张宇婷;苏振晋4.强腐蚀介质作用下高性能混凝土抗腐蚀性的研究 [J], 苏胜;张瑞红;岳素贞5.减水剂对抗硫酸盐腐蚀高性能混凝土适应性研究 [J], 武斌; 白玉生; 李宪军; 骆佐龙因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
混凝土抗硫酸盐侵蚀等级标准
混凝土抗硫酸盐侵蚀等级标准一、前言随着工业发展，硫酸盐对混凝土结构的侵蚀日趋严重，因此制定混凝土抗硫酸盐侵蚀等级标准非常必要。
本文将从标准的背景、标准的制定、标准的适用范围、标准的等级划分、标准的测试方法等方面进行阐述，以期为混凝土抗硫酸盐侵蚀等级标准的制定提供参考。
二、标准背景硫酸盐是一种常见的化学物质，在许多工业过程中都会产生。
硫酸盐对混凝土结构的侵蚀主要表现为溶解混凝土中的水泥石和骨料，导致混凝土的力学性能下降，最终导致混凝土结构的破坏。
因此，制定混凝土抗硫酸盐侵蚀等级标准非常必要。
三、标准制定混凝土抗硫酸盐侵蚀等级标准的制定需要考虑以下因素：（1）硫酸盐的浓度和种类；（2）混凝土的配合比和材料；（3）混凝土的强度等级；（4）混凝土结构的使用环境和寿命要求。
在制定标准时，需要综合考虑以上因素，并充分参考国内外相关标准和技术规范，以确保标准的科学性和实用性。
四、标准适用范围混凝土抗硫酸盐侵蚀等级标准适用于各种混凝土结构中硫酸盐的侵蚀评估，包括建筑物、桥梁、隧道、港口、水利工程等。
标准适用于不同环境条件下的混凝土结构，包括室内、室外、湿润、干燥等环境。
五、标准等级划分根据混凝土抗硫酸盐侵蚀的程度，将混凝土抗硫酸盐侵蚀等级分为以下几个等级：（1）一级：能够抵抗硫酸盐浓度不超过3%、PH值不低于4的侵蚀，适用于一般使用环境下的混凝土结构。
（2）二级：能够抵抗硫酸盐浓度不超过5%、PH值不低于3的侵蚀，适用于较恶劣使用环境下的混凝土结构。
（3）三级：能够抵抗硫酸盐浓度不超过8%、PH值不低于2.5的侵蚀，适用于极恶劣使用环境下的混凝土结构。
六、标准测试方法混凝土抗硫酸盐侵蚀等级的测试需要使用一定的测试方法。
以下是标准测试方法的具体步骤：（1）准备测试试件，试件的尺寸和配合比应符合相关标准。
（2）将试件放入硫酸盐溶液中进行浸泡，浸泡时间应符合相关标准。
（3）浸泡结束后，将试件取出，进行外观观察，记录试件的质量变化、表面形态、表面裂缝等情况。
混凝土的硫酸盐腐蚀PPT幻灯片课件
02
硫酸盐腐蚀的来源 及影响因素
4
02 硫酸盐腐蚀的来源
外部
内部
大气
土壤
水
自身 组分
5
02 硫酸盐腐蚀的影响因素
6
03 硫酸盐腐蚀的类型及机理
7
03 腐蚀的机理
1
硫酸盐 侵蚀初期
腐蚀后期(210-300天):这一阶 段，混凝土试块腐蚀继续加重， 吸附区剥落严重，粗骨料外漏。 10%浓度下的混凝土试块，侧 面粗骨料几乎全部外漏，顶面 周边剥落现象也较严重，整个 混凝土试块形状趋向“O”形。
16
4.2 物理-硫酸盐耦合作用下的腐蚀研究
W. G. Piasta 等研究认为在硫酸盐及 压应力的共同作用下，压应力的应力 水平对混凝土抗硫酸盐腐蚀性能影响 较大，压应力在一定程度上限制了硫 酸盐引起的膨胀。
1
硫酸盐结 晶型侵蚀
3
石膏结晶 型侵蚀
5
硫酸镁双 侵蚀型
2
钙矾石结 晶型侵蚀
4
碳硫硅钙 石结晶型
侵蚀
9
03 腐蚀的机理
1
硫酸盐结 晶型侵蚀
当混凝土孔隙溶液中硫酸盐达到一定浓度时，在没有与混凝土组 分发生化学反应之前，会有硫酸盐结晶析出，具体表现为体积膨胀， 产生的结晶压力使混凝土开裂，以此产生侵蚀现象。
腐蚀初期(0-90天左右): 该阶段的腐蚀现象主要是 混凝土吸附区“长毛”。 此现象主要是硫酸盐溶液 在混凝土吸附区由于水分 蒸发使得盐浓度急剧增多 而产生的盐析出结晶现象。 盐结晶的高度随着硫酸盐 浓度的增大而增大增多。
.
硫酸盐侵蚀 后期
2
8
03 硫酸盐腐蚀的类型
一般根据反应产物及产生破坏现象的不同主要可以分为以下几类：
混凝土硫酸盐侵蚀速度影响因素研究
ｔ ｄ．Ｔｈｅ ｔ ｓ ｅ ｕ ｔ ｈｏ ｔ ａ ｈｅ ｓ ｅ ｆａ ｔ ｃ ｓ ａ ｃ ｌ ｒ ｔ ｄ ｗｉｈ ｔ ｎ ｒ ａ ｉ ｇ ｏ ｔ ｒｃ — ｅ ｅ ｔｒ ｓ ｌｓ ｓ ｗ ｈ ｔ ｔ ｐｅ ｄ ｏ ｔａ ｋ ｉ ｃ ｅ ｅ ａ ｅ ｔ ｈｅｉ ｃ ｅ ｓ ｎ ｆｗａ ｅ ｅ ｍｅ ａ ｉ ｎｔｒ ｔｏ，ｔ ｅ ｒ ａ ｉ ｆｃ ｍ ｅ ｔｓ ｎ ａ ｉ ｄ ｔ ｍａ ｌ ｒ ｓｚ ｆ ｔ ｐｅ ｉ ｅ ． Ｔｈｅ ｓ ｅ ｉ ｈｅ ｄ ｃ ｅ ｓｎｇ ｏ ｅ ｎ ａ ｄ ｒ ｔｏ ａｎ ｈｅ ｓ ｌｅ ｉ ｅ ｏ ｈｅ ｓ ｃｍ ｎ ｐ ｃ—
混 凝 土硫 酸 盐侵 蚀 速 度影 响 因素 研 究
方 祥 位 申春 妮 杨 德 斌 陈正 汉 张 忠 发 ， ， ， ，
（ ．后 勤工 程学 院 军事 建筑 工程 系 ， 庆 ４ ０ １ ； １ 重 ０ ０ ６ ２ ．重 庆 交通 大学 材料 科 学与工 程 系 ， 庆 ４ ０ ７ ） 重 ０ ０ ４
ｓ ｏｒ ｇｅ ｔｍｅ ｃ ｎ ａ ｃ ｌ ｒ ｔ ｈｅ ｓ ｅ ｕ ｆ ｔ ｔ ａ ｋ．Ｗ ｈｅ ｏｌ ｔｏ ｏ ｅ ｒ ｔｏｎ ａ ｄ ｔ ｍｐｅ ａ ｔ ａ ｉ ａ ｃ ｅ ｅ ａ ｅ ｔ ｐｅ ｄ ｏｆｓ ｌａ ｅ ａ ｔ ｃ ｎ ｓ ｕ ｉ ｎ ｃ ｎｃ ｎｔ ａ ｉ ｎ ｅ ｒ— ｔ ｒ ｒ ｏ ｒ ｔ ｎ ｃ ｒ ａｎ ｖ ｌ ｅ，ｔ ｐ ｅ ｔａ ｋ ｉ ｃ ｅ ｅ ａ ｅ ｔ ｎｃ ｅ ｓｎｇ ｃ ｃ ｎｔ ａ ｉ ｎ ｕ ｅ ａ ｅ ｌ ｗｅ ｈａ ｅ ｔ ｉ ａ ｕ ｈｅ ｓ ｅ ｄ ｏｆａ ｔ ｃ Ｓ ａ ｃ ｌ ｒ ｔ ｄ ｗｉｈ ｉ ｒ ａ ｉ ｏｎ ｅ ｒ ｔｏ
摘要 ： 究 了水灰 比 、 砂 比 、 研 胶 试件尺 寸 、 养 方 式、 预 溶液 浓度及 温度 对混 凝 土硫 酸盐侵 蚀
混凝土抗硫酸盐腐蚀机理与防治策略探究
混凝土抗硫酸盐腐蚀机理与防治策略探究1、硫酸盐侵蚀混凝土劣化机理当环境中的硫酸盐离子进入水泥石内部以后，会与水泥石中的一些固相发生化学反应，生成一些难溶物引起的。
这些难溶物一般强度很低，并且在生成时会产生体积膨胀，引起混凝土的开裂、剥落和解体，此外还会使水泥石中的CH和C-S-H等组分溶出或分解，使混凝土失去强度和粘结力。
混凝土硫酸盐侵蚀主要有以下几种[1][2]。
1.1钙矾石膨胀破坏环境中的SO42-会与水泥石中的氢氧化钙和水化铝酸钙反应生成水化硫铝酸钙（钙矾石，3CaO·Al2O3·CaSO4·32H2O）。
钙矾石是一种溶解度非常低的盐类矿物，即使在石灰浓度很低的溶液中也能稳定存在。
钙矾石晶体会结合大量的水分子，其体积比水化铝酸钙增加了2.2倍。
并且钙矾石在析出时会形成及其微细的针状或片状晶体，在水泥石中产生很大的内应力，引起混凝土结构破坏。
1.2石膏膨胀破坏当SO42- 大于1000mg/L时，同时水泥石的毛细孔被饱和石灰溶液填充的情况下，会有石膏晶体析出：Ca（OH）2+2H2O→CaSO4·2H2O+2OH-生成的CaSO4·2H2O体积增大1.24倍，导致混凝土内部膨胀应力增加而破坏；同时消耗了水泥水化生成的CH，使胶凝物质分解失去强度。
若水泥处于干湿交替状态，即使SO42-浓度不高，也往往会因为水分蒸发而使侵蚀溶液浓缩，石膏结晶侵蚀成为主导因素。
1.3MgSO4溶蚀-结晶破坏MgSO4破坏是最严重的一种，即使掺硅灰的混凝土也难以抵抗MgSO4的侵蚀。
因Mg2+与SO42-均为侵蚀源，二者相互叠加，构成严重的复合侵蚀。
除石膏或钙矾石的膨胀破坏外，还会使氢氧化钙转化为氢氧化镁，降低碱度，破坏C-S-H水化产物稳定存在的条件，使C-S-H分解，造成水泥基材强度与粘结性损失。
1.4碳硫硅钙石溶液-结晶型破坏在硫酸盐腐蚀过程中还会产生碳硫硅钙石（CaSO3·SCaSO4·CaSiO4·15H2O），其生成途径有两种，一是C-S-H与硫酸碳酸盐直接反应生成，二是由钙矾石过度相逐渐转变而成[3]。
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一、研究背景自混凝土产生以来，就以其原材料来源广泛、强度高、可塑性好、成本低等优点被普遍应用在房建工程、桥梁工程、还有水利及其它工程中，随着社会的发展和科学技术的进步，环境污染也成为了人类面临的一大重要问题，在空气和水中都产生了大量的腐蚀性的物质，给混凝土结构的使用寿命带来了严峻的考验。
硫酸盐侵蚀试验整理
大部分的土壤中含有硫酸盐，以石膏(CaSO4.2H20)的形式存在(一般以S04计含0.01%一0.05%)，此含量对混凝土无害。
在正常温度下，石膏在水中的溶解度很有限。
地下水中硫酸盐浓度较高，通常是由于存在硫酸镁、硫酸钠和硫酸钾所致;农村土壤和水中常常含有硫酸馁。
用高硫煤为燃料的锅炉和化学工业的排放物中可能会含有硫酸。
沼泽、采矿坑、污水管中有机腐殖物的分解会生成H2S，H2S会由于细菌的作用转变成硫酸。
混凝土冷却塔的用水，可能会由于水的蒸发而含有高浓度的硫酸盐。
因此在自然水和工业水中，硫酸盐的侵害不容忽视。
从硫酸根的来源看，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)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)内部SO42-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SO42-与水泥石矿物的反应，但由于SO42-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SO42-从混凝土拌和时就己存在，不经过扩散即可与水泥石中的矿物发生侵蚀反应，而SO42-的浓度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。
本课题重点探讨由外部引起的侵蚀。
水泥混凝土受侵蚀破坏主要是水泥石的受侵蚀破坏。
在水泥侵蚀破坏诸多类型中，产生的侵蚀内因基本一致，但以外部侵蚀介质的硫酸盐，镁盐侵蚀最为严重。
所以，进行水泥混凝土的抗硫酸盐，镁盐侵蚀，对提高普通水泥混凝土的抗侵蚀研究具有代表性和普遍性。
①离子的影响Bonen和cohen[曾调查过硫酸镁溶液对水泥浆的影响，提出镁离子最初在暴露面上形成一层氢氧化镁沉淀。
因为其溶解度低，镁离子不易通过这层膜深入其内部，但应加以注意的是，氢氧化镁的形成消耗了大量的ca(oH)2，其浓度的下降使得溶液的PH值下降，为了保持稳定性，C-S-H凝胶释放出大量的到周围的溶液中，ca(oH)2来增加PH值，这最终导致C-S-H凝胶的分解，在侵蚀的高级阶段，C-S-H凝胶中的Ca2+能够完全被Mg2+完全替代，形成不具有胶结性的糊状物。
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【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】:B1 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+ 8H2O4CaO・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C3A 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-24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]。
31112 镁离子M g 2+的存在会加重S O 2-4对混凝土的侵蚀作用,因为生成的Mg (OH )2的溶解度很小,反应可以完全进行下去,所以在一定条件下硫酸镁的侵蚀作用比其他硫酸盐侵蚀更加激烈。
Mg (OH )2与硅胶体之间还可能进一步反应,也可引起破坏[4],主要是因为氢氧化钙转变为石膏伴有形成不溶的低碱氢氧化镁,导致C -S -H 稳定性下降并且也易受到硫酸盐侵蚀[6]。
在硫酸镁溶液中,砂浆一直以增加的速率膨胀[9～10]。
抗压强度的减少,在硫酸镁环境要远大于硫酸钠环境[11]。
但如果溶液中S O 2-4浓度很低,而M g2+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M g 2+向水泥石内部扩散。
图1 水泥砂浆在硫酸钠和 图2 不同环境条件下硫酸钠硫酸侵蚀的镁中的膨胀[12]膨胀量比较[14]W /D:干湿循环;F /T:冻融循环31113 氯离子当侵蚀溶液中S O 2-4和Cl -共存时,Cl -的存在显著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S O 2-4。
在S O 2-4、Cl -共存时,对于表面的混凝土,水泥石中的水化铝酸钙先与S O 2-4反应生成钙矾石,当S O42-耗尽后才与Cl -反应。
而对于内部的混凝土,由于Cl -的渗透速度大于S O 2-4,因此Cl -先行渗入并与O H-置换,反应方程式为:Ca (OH )2+2Cl -=CaCl 2+2OH-当Cl -浓度相当高时,Cl -还可与水化铝酸钙反应生成三氯铝酸钙:3Ca O ・A l 2O 3・6H 2O +3Ca Cl 2+25H 2O =3Ca O ・A l 2O 3・3Ca Cl 2・3H 2O由于水化铝酸钙的减少,使钙矾石结晶数量减少,从而减轻硫酸盐侵蚀破坏的程度[13]。
31114 环境pH 值国外的Mehta 和B r o wn 提出[14],AST M (美国材料实验协会)标准所建议的将试块浸泡并不能真实的代表现场情况,因为在浸泡过程中,混凝土中的碱不断地析出,使溶液的pH 值很快的由7上升到12左右,而且S O 2-4浓度也随着浸泡而降低,一般说来,连续浸泡的试验室试块与现场暴露的试块相比,具有较强的抗侵蚀性能,这是因为现场暴露的试块往往处于恒定浓度和pH 值的硫酸盐侵蚀之中,并且受环境条件地影响如干湿循环等,而这些恰恰是加速侵蚀的条件。
Mehta 曾提出了一种新的试验方法,即不断地加入H 2S O 4使Na 2S O 4溶液的pH 值始终保持同一水平(约为612),发现不含C 3A 的水泥的抗侵蚀性与含C3A 水泥的一样差,用X 射线衍射发现了大量的石膏的存在,表明将pH 值控制在酸性范围内,使侵蚀机理转向石膏侵蚀型破坏,Mehta 认为此种试验方法是可行而有效的。
B r o wn 采用了类似的试验方法来研究侵蚀过程中控制pH值的影响,试验采用了三种pH 值(610、1010和1115)和不控制pH 值的影响,进行连续浸泡试验,发现随着pH 值的降低,混凝土的抗侵蚀性能(以砂浆试块的线性膨胀和立方体抗压强度的降低表示)下降,但与pH 值没有明显的相关性。
此种试验虽然没有被广泛重复使用,但其所提供的研究结果却让我们认识到在研究硫酸盐侵蚀时,应该考虑到溶液中pH 值的影响,因为这更接近于实际情况。
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pH 值给予足够的重视,席跃忠等认为[15]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pH 值的下降,侵蚀反应不断变化,当侵蚀溶液的pH 为1215～12时,Ca (OH )2和水化铝酸钙溶解,钙矾石析出;当pH =1116～1016时,二水石膏析出,pH 低于1016时钙矾石不再稳定而开始分解。
与此同时,当pH 小于1215时,C -S -H 凝胶将发生溶解再结晶,其钙硅比逐渐下降,由pH 值为1215时的2112下降到pH 为818时的015,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pH 值小于818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。
31115 干湿交替和冻融循环的影响Robert D 1Cody [16]等通过试验研究比较了硫酸钠溶液中经历连续浸泡、干湿循环、冻融循环的条件下混凝土的膨胀量,结果表明干湿循环中的最大,冻融循环中的次之,连续浸泡中的最小,见图1。
而昆明铁路局科学研究所在研究成昆铁路工程混凝土硫酸盐侵蚀破坏问题时,曾采用干湿循环的加速试验方法和现场浸泡的方法进行对比试验[13]。
他们的试件尺寸有三种,即7c m ×7c m ×21c m 的棱柱体,4c m ×4c m ×16c m 的棱柱体和7107c m ×7107c m ×7107c m 的正方体,干湿循环制度为:室温浸泡14小时-取出擦干表面水分1小时———80℃恒温烘干6小时—冷却观察1小时,即为一个循环,每个循环为24小时。
把干湿循环法的试验结果与现场长期浸泡的结果进行对比,他们发现两种方法具有较好的一致性。
这与Robert D 1Cody 的结论有所不同。
31116 应力状态对于在有应力的状态下的硫酸盐侵蚀是常见的,所以应力对硫酸盐侵蚀的影响很值得重视。
在S O 2-4浓度高达80000mg/L 时,在有应力的状态下,干湿循环,受弯和受压抗侵系数均随应力的提高而有规律的递降,应力越大下降越多,且对抗弯强度的影响大于对抗压强度的影响。
在S O 2-4浓度在10000mg/L ～30000mg/L 时,应力对于硫酸盐侵蚀没有产生加剧破坏的作用。