掺合料对混凝土抗硫酸盐侵蚀能力的影响.pdf
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1、2 0 1 1 年 第 2期 总 第 2 5 6 期) Nu mb e r 2 i n 2 0 1 1 ( T o t a 1 No 2 5 6 ) 混 凝 土 Co n c r e t e 原材料及辅助物料 M ATERI AL AND ADM I NI CL E d o i : 1 0 3 9 6 9 i s s n 1 0 0 2 3 5 5 0 2 0 1 1 0 2 0 1 9 掺合料对混凝土抗硫酸盐侵蚀能力的影响 梁咏宁 ,王佳 。林旭健 ( 福州大学 土木工程学院 ,福建 福州 3 5 0 1 0 8 ) 摘要 : 硫 酸盐侵蚀是混凝土耐久性研究的一个重要内容。掺合料的加入 ,
2、改变 了混凝土的化学成分和内部结构 , 对 混凝土抗 硫酸盐侵 蚀能力的提 高起着很重要 的作用 。 但是 , 掺人不 同的掺合料或不同的掺量 , 会对混凝土抗硫酸盐侵蚀能力产生不同的影响。 例如粉煤灰 、 硅 灰在抗硫酸盐侵蚀方面发挥着不 同程度的作用。 另外 , 掺合料化学成分的变化也会改变混凝土抗 硫酸盐侵蚀 的效果 。 论 述了掺 合料对混凝 土抗硫酸盐侵蚀能力影响的国 内外研究现状和进展 , 分析了今后 的研究 方向。 关键词 : 硫酸盐侵蚀 ;混凝土 ;掺合料 中图分类号: T U5 2 8 0 4 文献标 志码 : A 文章编号 : 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1
3、 1 ) 0 2 0 0 6 3 0 3 E什ec t o f a dm ixt ur e on t h e c onc r e t e de t er i or a t i on i n sulf a t e en vi r onmen t L IAG Y o n g - n i n g, WA NGJ i a , L I NXu - j i a n ( C o l l e g e o f C i v i l E n g i n e e r i n g , F u z h o u Un i v e r s i t y , F u z h o u 3 5 0 1 0 8 , C h i n a
4、 ) Abs t r a c t : Su l t e a t t a c k i s t h e i mp o r t a n t a s p e c t of c on c r e t e d u r a b i l i ty s t u d yTh e a d d i t i o n o fa d mi x tur e c a n e ffe c t t he s u l f a t e r e s i s t a n c e c a p a c i ty Ho we v e r , t h e i n c o r po r a t i o n o f t h e d i ffe r e
5、 n t a dm i x t u r e s o r the d i ffe r e n t c o n t e n t s wi l l h a v e d i ffe r e n t e ffe c t s o n t h e s u l f a t e r e s i s t a n c e c a p a c i tyFo r C X a m p l e, fly a s h a n d s i l i c a f u me p l a y t h e v a r y i ng r o l e s i n s u l f a t e r e s i s t a nc e a s p
6、e c t I n a d d i t i on, th e c h a n g e s o f a dm i x t u r e s i n c h e mi c a l c o mp o s i t i o n wi l l c h a n g e t he e ffe c t of t h e c o n c r e t e s u l f a t e r e s i s t a n c e I n t h i s a r t i c l e, the r e s e a r c h a c t u a l i t y a n d p r o g r e s s a t h o me a
7、 n d a b r o a d t h a t t h e a d mi x t u r e s a ffe c t the s u l f a t e r e s i s t a n c e c a p a c i t y i s d i s c u s s e d a n d t h e d i r e c t i o n o f f u t u r e r e s e a r c h i s a n a l y z e d Key w or ds : s u l f a t e a t t a c k; c o n c r e t e; a d mi x t ur e O 引言 硫酸盐
8、侵蚀是混凝土耐久性的一个重要内容, 同时也是影 响因素最复杂、 危害性最大的一种环境水侵蚀。 影响硫酸盐侵 蚀 的主要原 因有内因和外 因。 外 因主要是环境 因素的影响 , 例 如 : 硫酸盐溶液 的浓度 , 溶液 的 p H值等 。 内因主要是指混凝 土 本身组成 的材料 , 例如 : 水灰 比、 掺合料等 。 一般情况下 , 水灰 比 越小 , 密实度越 大 , 硫酸 盐溶 液就越 难侵 蚀到 混凝 土 内部 , 抗 侵蚀能力就越强。 掺合料的加入提高了混凝土的密实性 , 从而 加强 了混凝 土的抗侵蚀性 能 。 但是 , 不 同的掺合料或 不 同的掺 量会对混凝土抗侵蚀性产生不同的影响
9、。 本文通过总结 国内 外的研究现状 , 主要介绍几种常用的掺合料在抗硫酸盐侵蚀 中的作 用及抗 侵蚀机 理 , 对 掺合料 对硫 酸腐 蚀混凝 土 的影 响 进 行概括。 1 粉煤灰 ( F A) 抗硫 酸盐侵蚀作 用 粉煤灰作为混凝土最常用的掺合料之一 , 在混凝土硫酸盐 侵蚀方面有着积极重要 的作用 。 主要表 现在 以下几个方面 : ( 1 ) 粉煤灰效应使混凝土的密实度大大提高。 ( 2 ) 粉煤灰活性混合材代替一部分水泥后 , 相对降低了 c A 的含量 , 从 而降低 了其水 化产物 水化 铝酸钙 的浓度 , 减 少 了钙矾石 的生成 。 收稿 日期 :2 0 1 0 - 0 9
10、 1 I 基金项 目:福州大学科技发展基金( 2 0 0 8 一 XQ一 4) ( 3 ) 因粉煤灰的二次水化反应, 吸收部分 C a ( O H) , 导致硬 化水泥石 中 C a ( OH) 浓度降低 。 中国建筑材料科学研究院高礼雄【 l J 等人通过浸泡试验 , 将 混凝土浸泡在浓度为 1 0 的 N a S O 溶液中, 研究不同粉煤灰掺 量( 0 、 1 0 、 3 0 、 5 0 ) 对 混凝土抗 硫酸 盐侵蚀 的作用 , 结 果表 明粉煤灰在一定程度上可以提高混凝土的抗硫酸盐侵蚀的能 力 , 如 图 1 所示。 t 月 图 1 掺粉煤灰混凝土抗蚀 系数在硫酸钠溶液中的经时变化
11、图 1中K 。 表示抗压抗蚀系数 , 在侵蚀初期 , 未掺粉煤灰的 混凝土试块( 前两个月) 比掺量为 1 0 的抗蚀系数高。 这主要是 由于钙矾 石或石膏 的生成 , 产生 体积膨胀 , 在 一定程度 上增 大 了混凝土 的密 实性 , 而 1 0 的粉煤 灰掺量较 低 , 抗蚀 系数小于 1 0 0 , 对混凝土的抗硫 酸盐侵蚀性能不 明显 。 在侵蚀后期 , 随着粉煤灰中的活性化学成分, 如 S i O, , 与混 6 3 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 凝土的C a ( OH) 发生反应, 降低了 C a ( O H) 的浓度, 从而减少 了钙矾石或石膏
12、的生成量, 具体反应化学的化学方程式如下 : 3 C a O A l 2 O 3 6 H2 O + 3 S O - + 3 C a ( O H) 2 + 2 5 H 2 0 = 3 C a O A l 2 0 3 3 C a S O 4 3 1 H 2 O+ 6 O H- ( 钙矾石 ) C a ( O H) 2 + Na 2 S O4 + 2 H 2 0= C a S O4 2 H O + 2 Nd l+ 2 OH - ( 石膏) 另外, 粉煤灰的掺人代替了部分水泥, 使得铝酸三钙的含 量减少 , 降低了反应物的浓度 , 从而降低了生成物钙矾石或石 膏的生成量。因此 , 混凝土的抗蚀性能就得
13、到了提高, 并且 , 在 一 定程度范围内, 抗侵蚀能力与粉煤灰的掺量成正比。 这与东 北大学程云虹等人的试验结论相似, 他们通过不同掺量的粉煤 灰( O 、 3 O 、 4 0 、 5 0 、 6 0 ) , 研究粉煤灰对混凝土的抗硫酸盐 侵蚀能力的影响。 试验结果证明: 粉煤灰取代水泥量越大, 混凝 土抗硫酸盐侵蚀能力越强, 尤其对于高浓度硫酸盐溶液效果更 明显 。 粉煤灰的抗硫酸盐侵蚀性能与其潘l生 化学成分有很大的关系, 例如C a O, S i O扣 P C h i n d a p r a s i r t , S Ho mw u t t i w o n g , V S i r v i
14、 v a t n a n o t f 3 1 将粉煤灰按等级分为细等、 中等、 粗等 3个等级, 研究粉煤灰 对水泥砂浆的抗硫酸盐性能。 研究认为粗等粉煤灰不能提高 混凝土的抗硫酸盐侵蚀性能 , 这主要由于粗等粉煤灰活性比 较低 , 需要大量的水 , 因此增大了水泥砂浆的孔隙, 从而使得 混凝土更容易受硫酸盐的侵蚀。 如果用活性率 来表示其活 性程度 , 磁= ( 活性 S i O 2 +活性 Al 0, ) ( 全 S i O2 +全 A l : 0 , ) 。 那么 细、 中等粉煤灰活程度较高, 能与水泥砂浆的 C a ( OH) 2 发生 反应 , 从而减少了产生钙矾石或石膏的生成量,
15、有利于抗硫酸 盐侵蚀 。 L j F i s a n g m 通过研究提出了尺值的判据准则, 值定义为: R = w ( C a O) 一 5 w ( F e 2 O 3 ) ( 1 ) 式中: W ( C a O) 、 W ( F e O , ) 代表相应氧化物质量分数中的分 子部分数值。 当粉煤灰的R 3 0时, 粉煤灰对于混凝土的抗硫酸盐侵蚀性能是有害的; 由于粉煤灰 中的 C a O含量比较高时, 水化时生成 C a ( O H) , 使其含量增 大, 钙矾石的生成量也随之增加 , 降低混凝土的抗硫酸盐侵蚀 性能 。 而当 R = I 5 3 0之间的粉煤灰对于混凝土的抗硫酸盐侵蚀 性
16、能不确定。 2 硅灰( s F ) 对混凝土抗硫酸盐侵蚀的有效性 一 般情况下 , 硅灰能提高混凝土抗硫酸盐( 硫酸镁除外 ) 侵 蚀能力, 硅灰的成分主要以二氧化硅为主, 能与水泥水化产物 中的氢氧化钙发生反应 , 降低了氢氧化钙的浓度。中南大学土 木建筑学院肖佳阁 等人通过在水泥净浆中掺入不同掺量的硅灰 ( 0 、 5 、 1 0 ) , 浸泡在浓度为 5 的硫酸钠溶液 , 用抗折强度来 表示其抗蚀能力, 得到的试验数据如图 2 所示。 龄期 N 图 2 掺硅灰混凝土抗折强度在 硫酸钠 溶液 中的经时变化 6 4 图 2中 S F 1 表示没有掺人硅灰, S F 2表示掺入 5 含量的 硅
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