混凝土硫酸盐侵蚀机理及影响因素
海工水泥抗硫酸盐侵蚀试验操作要点及其影响因素
海工水泥抗硫酸盐侵蚀试验操作要点及其影响因素
古巧燕;刘骥;罗海波;陈柳锋
【期刊名称】《企业科技与发展》
【年(卷),期】2022()7
【摘要】硫酸盐侵蚀的基本特征是环境水中的侵蚀物质硫酸根离子与水泥石的组分发生复分解反应后生成的一种盐类,此盐类与水发生反应形成结晶体,此过程体积发生膨胀,使硬化的混凝土内部产生巨大的应力,导致混凝土结构被破坏。
对抗硫酸盐侵蚀性能的检验目前在行业内不如通用水泥其他物理性能检验普遍,各项操作要点均有待细化和商榷。
文章对抗硫酸盐侵蚀试验的各个环节的影响因素进行了分析,着重对成型过程中加压力值不同及养护过程中养护方式不同对结果的影响程度进行了研究。
【总页数】3页(P124-126)
【作者】古巧燕;刘骥;罗海波;陈柳锋
【作者单位】广西鱼峰水泥股份有限公司品质部;广西鱼峰水泥股份有限公司;广西绿色水泥产业工程院有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】TU503
【相关文献】
1.海工硅酸盐水泥强度性能及抗氯离子侵蚀能力的影响因素
2.粉煤灰及水胶比对水泥净浆抗硫酸盐侵蚀性能影响的试验研究
3.补偿收缩海工混凝土抗硫酸盐溶液侵
蚀性能的研究4.海工高性能混凝土常用胶凝材料抗硫酸盐侵蚀性能研究5.海工水泥抗硫酸盐侵蚀机理
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硫酸盐对混凝土腐蚀机理研究
关 键词 ： 酸 盐 溶液 浓度 水胶 比 养护 时间 应 力状 态 硫
根 据相 关调 查 ．在 淡 水 湖 泊 和 河 流 中 ．０ ２ 离 子 的 含 量 通 增 大 ． 凝 土 内部 由于 体 积 膨 胀 产 生 膨胀 应 力 ． 这 一 应 力 超 过 Ｓ４一 混 当 常 不超 过 ６ ｍ ／ ． 达 到 １０ ／ ０ ｇＬ 而 ０ ｍｇ Ｌ的情 况 极 为 罕见 。 而 在 地 下 混 凝 土 的强 度 时 ． 凝 土 发 生破 坏 『。 然 混 Ｊ 根据 浓 度 积 规 则 ， Ｉ Ｉ 只有 当侵 矿 化 水 中 ．０ ２ 离 子 的含 量 相 当高 ．如 在 湖 滨 干 湿 交 替 带 地 下 蚀 溶液 中 的 Ｓ ４ 一 毛 细 孔 中 的 Ｃ ２ 浓 度 积 大 于 或 等 于 Ｃ Ｓ ４ Ｓ ４一 ０２和 ａ＋ ａ０ 水 Ｓ ４ 一 到 １０ ｍ ．铁 路 隧 洞 穿过 侏 罗 纪 、 白垩 纪 含 盐 红 的浓 度 积 时 才 能 有 石 膏结 晶析 出 。因 此 ． 有 当溶 液 中 的 Ｓ ４ 一 ０ ２达 ４ ０ ＃Ｌ 只 ０２ 层． 地下 水 中 Ｓ ４ 一 量 甚 至 达 到 ２ １ ｍｇ ｐ 地 下 衬 砌 混 凝 土 浓 度 非 常高 时 ． 膏 结 晶 侵 蚀 才起 主 导 作 用 不 同 的材 料 和 环 ０２含 ８５ ／ ］ Ｌ。 石 受 到 硫 酸 盐 侵 蚀 后 ． 发 生 一 系列 的 物理 化 学 反 应 ． 成 的 钙 矾 境 条件 ． 凝 土 抵抗 石 膏 侵蚀 的 能 力不 同 文献 ｆ研 究 得 到 水 胶 会 生 混 ｌ 引 石 和 石 膏 等 产 物 会 在 混 凝 土 内部 积 聚膨 胀 ．导致 混 凝 土 内部 结 比和 腐 蚀 溶 液 浓 度 的 大 小 对 混 凝 土 中 石 膏 和 钙 矾 石 的形 成 具 有 １］ 混 构 发 生 变 化 、 隙 扩 展 、 学性 能劣 化 ， 至结 构 破 坏［ 裂 力 甚 ３ １ 此， 。因 研 非 常 重 要 的 意 义 。文 献『４认 为 水 泥 中的 硅 酸 三 钙 含 量 越 多 ， 究 硫 酸 盐对 混凝 土 的腐 蚀 机 理 具有 非 常 重 要 的 意义 。 凝 土 由 石 膏 导致 破 坏 的时 间越 短 。另 外 ． 液 Ｐ 溶 Ｈ值 对 混 凝 土 中 硫 酸 盐 对 混 凝 土 的 腐 蚀 是 一 个 非 常 复 杂 的 物 理 化 学 过 程 。 石 膏 生 成 也有 影 响 ．Ｈ 值 越 高 ． 行 反 应 所需 要 的 Ｓ ４ 一 Ｐ 进 ０ ２ 浓度 也 由 于混 凝 土 本 身 是 一 种 由石 子 、 、 和 粉煤 灰 等 外 掺 料 组 合 而 增 加 ． Ｐ 值 大 于 １ ． ． 难产 生石 膏［ 砂 水 当 Ｈ ２９时 很 坷。 成 的非 均匀 多孔 介 质 ．在 浇 筑 过 程 中会 不 可 避 免 地 存 在 一 些 微 ３ 硅 灰 石 膏 型 、 裂 缝 或 气 泡 等 初 始缺 陷 ． 当外 界 Ｓ ４ ～ 入 到 混凝 土 的 内部 ， ０２侵 与 硅 灰 石 膏 型 是 硫 酸盐 进 入 混凝 土 后 发 生 一 系列 的化 学 反 应 生 Ｔ ａｍａｉ） ｈｕ ａｉ ｔ ｔ 混 凝 土 中 的 某些 成分 发 生一 系 列 的 反 应 生 成 难 溶 的矿 物 这 些 后 ， 成 产物 主要 为硅 灰 石 膏 （ｈ ｕ ｓ ｅ。Ｔ ａ ｍ ｓｅ的 结 构 式 矿 物一 方 面 由 于体 积 膨 胀 导致 混凝 土 破 坏 ．另 一 方 面 也 可 使 水 为 Ｃ ６Ｓ（Ｈ ６ ２ Ｈ ０・Ｓ ４２・ Ｏ ） ］化 学 分 子 式 为 Ｃ — ａ ［ Ｏ ）］ ４ ２ 【 ０ ） （ ３ ２， ｉ ２・ （ Ｃ ａ 泥 的 水 化产 物 氢 氧 化 钙 和 Ｃ Ｓ Ｈ 凝胶 等分 解 或 溶 出 ．从 而 导 致 Ｃ ３ Ｃ Ｓ０ ・ ａ ０ ・５ ２ —— ０ ・ ａ ｉ ３ Ｃ Ｓ ４ １ Ｈ ０．它 与 钙 矾石 虽然 不 属 于一 个 晶 系 ，
水泥与混凝土工程中的硫酸盐侵蚀问题分析
水泥与混凝土工程中的硫酸盐侵蚀问题分析水泥和混凝土广泛应用于建筑业，为我们的城市提供了强大的基础设施。
然而，随着时间的推移，硫酸盐侵蚀成为了水泥和混凝土工程中一个非常重要的问题。
本文将分析硫酸盐侵蚀对水泥和混凝土的影响以及如何应对这一问题。
首先，我们来了解硫酸盐侵蚀对水泥和混凝土的影响。
硫酸盐侵蚀是指大量硫酸盐与水泥、混凝土内部的化学反应，导致其抗压强度下降，甚至损坏工程结构。
硫酸盐溶液中的硫酸根离子会与水泥和混凝土中的水化产物发生反应，形成具有体积膨胀性的产物，以及可溶性的产物，导致混凝土表面产生龟裂、剥落、腐蚀等现象。
硫酸盐侵蚀会严重影响工程的使用寿命和稳定性。
接下来，我们来探讨硫酸盐侵蚀问题的成因。
硫酸盐的来源主要包括大气中的化学物质、土壤和地下水中的化学物质以及工业废气排放中的硫化物。
这些硫酸盐物质与水泥、混凝土中的矿物质反应，形成不溶性的硫酸钙或硫铝酸钙，引发硫酸盐侵蚀问题。
此外，气候条件，如高温、高湿度、雨水等也会加剧硫酸盐侵蚀的程度。
然后，我们来讨论如何应对水泥和混凝土工程中的硫酸盐侵蚀问题。
首先，选用符合设计要求的水泥和混凝土材料至关重要。
采用抗硫酸盐侵蚀的水泥和混凝土材料，如硫铝酸盐水泥和添加硅酸盐等物质的混凝土，可以提高工程的抗侵蚀能力。
其次，混凝土的施工需要注意加强细部处理，如缩短工程的连续浇筑间隔时间，增加混凝土表面沟槽等，以减少硫酸盐侵蚀的风险。
此外，在维护和保养方面，定期进行混凝土表面的清洗、修复和防护是非常重要的措施。
最后，我们要重视硫酸盐侵蚀问题的预防和治理。
在工程设计阶段，应根据具体环境条件和工程要求，合理制定防治措施。
提高建筑材料的质量控制，加强施工质量管理，定期进行工程检测和维护，及时修复已受损的结构，都是预防硫酸盐侵蚀问题的重要手段。
此外，科研领域也应加强对硫酸盐侵蚀问题的研究，提出更多有效的治理方法。
总之，硫酸盐侵蚀是水泥和混凝土工程中不可忽视的问题。
了解硫酸盐侵蚀对水泥和混凝土的影响，分析其成因以及推导出相应应对硫酸盐侵蚀问题的方法，对于保证工程结构的使用寿命和安全性至关重要。
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。
混凝土硫酸盐侵蚀破坏机理与预防措施
硫酸盐种类 和浓度 有关 ， 还与其它离子 的存 在和气候 条件 有 关 ， 了钙 矾 石 （ Ｃ Ｏ ・Ａ ・ Ｃ Ｓ ・ 除 ３ａ １ Ｏ ３ ａＯ ３ Ｈ Ｏ 之外 ， ２ ） 混凝 土受硫酸盐侵蚀还可能形成碳硫 硅酸钙 （ ａ Ｏ Ｃ ＳＯ Ｃ Ｓ ・ ５ ， ） ， 同腐 Ｃ Ｃ ・ ａｉ ・ ａＯ １ Ｈ Ｏ 不 蚀产 物所对 应 的混凝 土内外部 条件 和反 应机 理是 完 全不同的 ， 所应采 取的预防措施 也不尽 相同。因此 ， 文
筑结构教学与设计。
行； 最后均匀涂抹浸渍树脂粘贴横 向碳纤维布 。
（ ） 表 面 糙 化 。 为 了 保 证 玻 璃 丝 布 表 面 粗 糙 ３
方预期 目的， 受到业主好评。该项 目的成功 ， 给此类 工 程一些借鉴 ， 取得 了良好的综合效益 。
参 考 文 献
［ ］ ０ Ｓ ６ １砖混结构加固与修复［ ］ １ ３Ｇ ｌ， ｓ．
（ ） 铺 设钢 筋 网片 时 ， 向钢筋 应靠 墙面 并用 ３ 竖
钢 筋 头 支起 ； 保 证 竖 向 钢筋 锚 固 于 混 凝 土 条基 之 中 。 应
［ ］ 何建 ． 建筑 ，
２ ０ （ ） １６—１７ １０ ０ ９，４ ：３ ３ ，４ ．
［ 收稿 日期 ］ ２ １ ０ ０—０ ４—２ Ｉ ［ 作者简介］ 刘凌 云（９４一） 女， １７ ， 湖南周 口人 ， 研究方 向： 建
北京100024摘要根据腐蚀产物将水泥混凝土硫酸盐侵蚀分为钙矾石型和碳硫硅酸钙型两大类分析了不同类型硫酸盐侵蚀的发生条件化学反应机理和混凝土外观破坏特征并从原材料选择配合比设计等方面提出不同类型硫酸盐侵蚀破坏的预防措施从而为实际混凝土工程硫酸盐侵蚀破坏原因分析和耐久性设计提供参考
浅谈混凝土的硫酸盐侵蚀研究
第21卷 第12期 中 国 水 运 Vol.21 No.12 2021年 12月 China Water Transport December 2021收稿日期：2021-10-15作者简介：刘 姣，贵州大学 土木工程学院。
浅谈混凝土的硫酸盐侵蚀研究刘 姣，覃书豪，韦明瑞，彭定东，周 超，熊 汪（贵州大学 土木工程学院，贵州 贵阳 550000）摘 要：我国大多数水环境中都含有硫酸盐，由于硫酸盐的侵蚀导致混凝土结构破坏的案例数不胜数。
混凝土作为一种重要的建筑材料，在我们的生活中应用广泛。
多年来，国内外很多学者从各个方面对混凝土的硫酸盐侵蚀进行了大量研究。
本文根据以往文献内容，从研究历程、研究模型、试验方法、影响因素等方面进行归纳总结，以为今后混凝土硫酸盐的侵蚀试验研究提供一定的参考依据。
关键词：混土凝；硫酸盐；侵蚀；试验方法；影响因素中图分类号：TU503 文献标识码：A 文章编号：1006-7973（2021）12-0158-03混凝土自发明后应用发展迅速，是一种非常重要的建筑材料。
各种混凝土结构的服役环境复杂，环境中很多因素对混凝土的耐久性都产生着影响。
混凝土作为一种复杂的多孔结构体，容易受到环境中介质的侵蚀，使得混凝土成分性能发生改变，降低混凝土建筑的服役年限，严重损害人们的利益。
硫酸盐侵蚀混凝土是引起混凝土材料失效破坏的主要因素之一[1]。
研究混凝土的硫酸盐侵蚀对混凝土结构的使用安全及经济效益等方面有重要意义，学者们不断开展研究，并取得了很大进展。
一、混凝土的硫酸侵蚀研究进程Michalis 是研究混凝土硫酸盐侵蚀的第一个人，他在1892年时发现被侵蚀的混凝土中存在一种针粒状晶体，叫做“水泥杆菌”，就是使硬化混凝土开裂的水化三硫铝酸钙[2]。
从20世纪50年代开始，我国开始了对混凝土硫酸盐侵蚀的各类研究。
有学者对不同性能的混凝土硫酸盐侵蚀进行研究，潘海勃[3]开展了硫酸盐侵蚀下防腐型高延性混凝土力学性能试验研究；杨春景等[4]对不同掺量的玄武岩纤维轻骨料混凝土（BF-LAC）进行不同龄期的硫酸盐侵蚀试验，研究BF-LAC 在硫酸盐侵蚀环境下的力学性能和劣化程度；董文津[5]通过室内模拟试验探讨了干湿条件下透水型生态混凝土抗硫酸盐侵蚀性能。
冻融和硫酸盐侵蚀实验方案
冻融和硫酸盐侵蚀实验方案冻融：一、冻融破坏机理混凝土的冻融循环会使得混凝土内部产生冻胀从而导致混凝土开裂，而开裂的裂缝在冰溶解之后会渗透更多的水，在下一次水结冰之后会产生比上次一更大的膨胀，以此循环最终导致混凝土破坏。
二、检测参数混凝土强度损失率、混凝土质量损失率。
三、仪器设备材料试验机、低温箱、水槽、台秤四、试验内容(1)、按照要求制作直径70mm,高155mm的圆柱体混凝土试块，并养护。
(2)、无特殊要求，试件在28天后进行冻融实验，实验前4天，取出试件放在温度为15°C到20°C的水中。
浸泡时水面至少高出试件顶部20mm,4天之后进行冻融实验，对比试件应保留在标准养护室内，知道完成冻融循环试验之后与抗冻试件同时试压。
(3)、箱内防冻液的高度要高出试件盒内水溶液的高度，且试件之间要保持20mm的空隙，以保证防冻液能在冻融箱内顺畅流动。
(4)、抗冻试验冻结温度在-15℃到20℃循环,试件在温度为20℃时放入，装完试件后如果温度有较大的升高，则以温度降低到-15°C时起算冻结时间，每次从装完时间到重新降低到-15°C所需要的试件不应超过2小时。
冷冻箱的温度以其中心处的温度为准。
试件箱内如果没有有空余的试件位，需要用其他试件填充，以保证盒内温度均衡稳定。
(5)、抗冻试验结束后，把试件放在15-20°C的水中解冻4小时，融化完毕即为该次冻融循环结束，取出试件送入冷冻箱进行下一次循环试验。
(6)、冻结时间和融化试件均不得少于4个小时。
(7)、应常对冻融循环试件进行外观检查，发现有严重破坏时应进行称重，如果试件的平均质量损失率超过5%,即可停止试验。
、试件达到预定的循环次数之后，则用石膏找平后进行试压(8)、在冻融过程中，因故需要中断试验，为了避免是谁和影响强度，应将冻融试件放置在标准养护室保存，直至恢复冻融实验为止。
(9)、混凝土冻融试验后应按以下公式计算其强度损失率：具体测量指标公式：1、强度损失率：△fm=(fm1-fm2)/fm1△fm1:N次冻融循环之后的强度损失率fm1：对比组试块强度值fm2：N次冻融循环后试件的强度值2、质量损失率△Mm=(Mo-Mn)/Mo∆M m:N次冻融玄幻之后质量损失率△Mo：试验之前试块的质量∆M n：试验之后试块的质量(11)、同时满足强度损失率不超过25%,质量损失不超过5%的最大冻融循环次数作为试件的抗冻号备注：对照组：3个试验组:A组冻融循环30次、B组冻融循环60次、C组冻融循环90次，共3个试块试块分为不加新型HC复合筋，与加新型HC复合筋2个因素实验要用C25和陶粒2个因素冻融循环试验所需试块数量共计：3χ2χ2=36块混凝土冻融循环试验记录表试件编号：试验日期：年硫酸盐侵蚀：一、硫酸盐侵蚀混凝土机理硫酸盐侵蚀破坏是一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硫酸根离子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。
混凝土硫酸盐侵蚀影响因素探讨
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 !’’ 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 $’ 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。
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参考文献 1 B ingTian, Menashi D. Cohen, Does gyp sum formation during sulfate
attack on concrete lead to expansion? Cem and Concr Res, 2000, 30: 117 - 123 2 Manu Santhanam ,Menashi D. Cohen, Jan O lek. Efleets of gyp sum for2 mation on the performance of cement mortars during external sulfate attack. Cem and Concr Res. 2003, 33: 325 - 332 3 W. C. Hansen. A ttack on Portland cement concrete by alkali soil and water - A critical review. H ighway Research Record 1966, 113: 1 - 32 4 W illiam G. H ime,. B ryant Mather. “Sulfate attack, ”or is it? Clem and Concr Res. 5 P. Kumar Mehta 混凝土的结构性能与材料. 祝永年 ,沈威 ,陈志源 译. 上海 :同济大学出版社 , 1991. 94 - 95 6 I. Odler, J. Colan - Subauste, Investigations on cement expansion asso2 ciated with ettringite formation, Cem and Concr Res. 1999, 29: 731 -
主要包括有碳酸根离子和氯离子 ,氯离子和水 泥中的铝相反应生成 Friedel盐 ,碳酸根与氢氧化钙 反应生成碳酸钙 ,中性化混凝土 。这两者对混凝土 的硫酸盐侵蚀都有影响 。氯离子能减轻未掺掺合料 混凝土的硫酸盐侵蚀 ,而对掺有掺合料 (特别是矿 渣和硅灰 )混凝土的影响很小 [ 12 ] 。
2. 2. 4 温度 文献 [ 17 ]表明 , 温度的升高会加速硫酸盐的侵
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
钙矾石的形成通常用方程 ( 3)来表示 。在硬化 混凝土中 ,钙和硫酸根的来源比较多 ,铝酸根 可以 由水化铝酸钙 、单硫型硫铝酸钙 、粉煤灰中的活性氧 化铝提供 [ 4 ] 。所以钙矾石的形成最好用一个离子 方程 (4)表示 。当然这个方程并不表明所有反应物 都必须溶解在水中 ,铝酸盐就是固相的拓扑化学反 应。 3 CASO4 · 2H2 O + 3CaO. A l2 O3 + 26H2 O → 3CaO. A l2 O3. 3 CaSO4. 32 H2 O (3) 6Ca+ 2 + 3SO4 - 2 + A12 O6 - 6 + 32 H2 O →3CaO. A l2 O3. 3 CaSO4. 32 H2O (4)
粉煤灰 、矿渣 、硅灰活性掺合料的合理掺入对混 凝土抗硫酸盐性能有很好的提高 [ 12～15 ] 。粉煤灰掺 量较大时 , 抗硫酸盐性能更好 。在硫酸钠浓度为 5% , PH 值为 3的环境下 ,粉煤灰掺量 40%比 20% 抗硫酸盐性能明显要好 。但大掺量粉煤灰混凝土在 干湿交 界 处 由 于 盐 结 晶 作 用 更 容 易 产 生 表 面 剥 蚀 [ 16 ] 。矿渣掺量达到 60%时才能有利于提高混凝 土的抗硫酸盐性能 ;硅灰掺量在 5%比掺量为 10% 表现更好 [ 13 ] 。 2. 1. 3 水胶比
C2S2H 在完成水化的水泥净浆中占 50% ～60% 的固体体积 ,它是水泥石强度的主要来源 。硫酸盐 侵蚀能导致 C2S2H 的分解 , C2S2H 的脱钙分解主要 是由于混凝土中 Ca (OH ) 2 含量减少 , PH值降低 ,使 C2S2H凝胶分解 ,放出氢氧化钙以维持混凝土内部20河南建材 Fra bibliotek 2005年 1期
1 硫酸盐侵蚀机理
硫酸盐对混凝土的侵蚀主要是由以下几种产物 的作用引起 : 1. 1 硫酸盐结晶
例如 N aSO4 和 M gSO4 吸 水 分 别 形 成 N aSO4. 10H2 O 和 M gSO4. 7H2O ,体积膨胀 4 ～5 倍 ,造成结 晶压力 ,引起裂缝的产生 ,导致混凝土的劣化 。这种 破坏通常发生在干湿循环区 。 1. 2 石膏
低 、引起软化 。但石膏确切的形成机理尚未清楚 :是 通过 - 溶液机理 ,或者是拓扑化学反应机理 ?
Ca ( OH ) 2 + N aSO4 + 2H2 O → CaSO4. 2H2 O + NaOH (1)
Ca (OH ) 2 +M gSO4 + 2H2O →CaSO4. 2H2 O +M g (OH ) 2 (2) 1. 3 钙矾石
蚀 。但文献 [ 22 ]认为硫酸钠溶液的温度从 20℃提高 到 40℃,对水泥砂浆的硫酸盐侵蚀有所改变 ,但这 些影响总的来说是有利的 ,所以提高温度不能被看 作是加速硫酸盐侵蚀的一种方法 。
3 结语
混凝土的硫酸盐侵蚀极为复杂 ,影响因素繁多 。 因而对其机理尚未形成统一说法 ,阻碍了对混凝土 硫酸盐侵蚀的进一步研究 。为提高对混凝土硫酸盐 侵蚀的认识 ,各种侵蚀产物所造成的影响以及它们 的形成条件都应该弄清楚 ,特别是石膏和碳硫硅钙 石。
水胶比影响水泥浆体的致密程度 ,水胶比越低 , 水泥浆体越致密 ,渗透性越低 。文献 [ 11 ]表明水灰比
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
2005年 1期 元 强 等 :混凝土硫酸盐侵蚀机理及影响因素
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献 [ 12 ]表明 ,抗压强度的减少 ,在硫酸镁环境要远大 于硫酸钠环境 。掺有活性掺合料 ( 10%硅灰 、20% 粉煤灰 、70%矿渣 )强度降低值要远大于水泥 。这 可能是由于镁离子的侵蚀一方面生成氢氧化镁 ,阻 碍了硫酸根的侵入 ,另一方面生成 M 2S2H 降低了强 度。 2. 2. 3 其它阴离子
文献 [ 4 ]表明 ,硫酸根浓度从 1%增加到 4% ,侵 蚀逐渐严重 。AC I按硫酸根离子浓度把硫酸盐溶液 分为四个等级 : 0 ～150ppm、150 ～1500ppm、1500 ～ 10000ppm、> 10000ppm 它 们 分 别 对 应 为 轻 微 、中 等 、严重 、很严重 [ 5 ] 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[ 18 ]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 C3 A 的水泥主要生成钙矾石 ,而高浓度 的硫酸盐溶液与低含量 C3 A 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 , [ SO4 2 - ] < 1000ppm ,主要产物是钙矾石 , [ SO4 2 - ] > 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 , [ SO4 2 - ] < 4000ppm ,主要产物是钙矾石 , [ SO4 2 - ] > 7500ppm , 主要产物是石膏 ,浓度介于两者之间便两者都有 。 2. 2. 2 阳离子类型