粉煤灰高性能混凝土在醋酸钙镁溶液中的化学腐蚀与机理分析.pdf
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1、2 0 1 4年 第 7期 (总 第 2 9 7 期 ) Nu mb e r 7 i n 2 0 1 4 ( T o t a l No 2 9 7 ) 混 凝 土 Co nc r e t e 理论研究 THEORETI CAL RES EARC H d o i : 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 2 - 3 5 5 0 2 0 1 4 0 7 0 1 7 粉煤灰高性能混凝土在醋酸钙镁溶液中的 化学腐蚀与机理分析 刘非 。余红发 ,麻海舰 2 a ,马好霞 ( 1 青海华亿建筑工程质量检测有限公司,青海 西宁 8 1 0 0 0 0 ; 2 南京航空航天大学 a 土木工程
2、系;b 金城学院,江苏 南京 2 1 1 1 5 6 ) 摘要 : 机场道面除冰液对机场高性能混凝土具有一定的腐蚀性 , 采用浸泡腐蚀法研究了粉煤灰高性能混凝土在 2 5 的醋酸钙 镁( 机场道面除冰液主要成分 ) 溶液中的抗腐蚀性。 结果表明, 2 5 的醋酸钙镁溶液长期作用下对于粉煤灰高性能混凝土 内部没有 化学腐蚀作用 , 当粉煤灰掺量越高 , 高性能混凝土的抗醋酸钙镁剥蚀能力越强 。 相对抗硫酸盐水泥高性能混凝土而言 , 硅酸盐 水泥高性能混凝土表现出更为出色的抗醋酸钙镁剥蚀能力。 因此 , 采用较大掺量的粉煤灰作为矿物掺合料 , 以硅酸盐水泥作为胶 凝材料, 制备 的高性能混凝土具有
3、非常好的抗醋酸钙镁表面剥蚀性能。 关键词: 高性能混凝土 ;机场道面除冰夜;醋酸钙镁 ;化学腐蚀 ;表面剥蚀 中图分类号: T U5 2 8 0 1 文献标志码: A 文章编号: 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 4 ) 0 7 0 0 6 2 0 4 F l y a s h h i gh p e r f o r m a n c e c o n c r e t e i n c a l c i u m ma g n e s i u m a c e t a t e s o l u t i o n c h e m i c a l c o r r o s i o n a n d m e
4、c h a n i s m a n a l y s i s L UF c i , Y UHo n g f a 2 a MAHa iti a n 2 a , MAH a o x i a ( 1 Q i n g h a i H u a Y i C o n s t r u c t i o n Q u a l i t y I n s p e c t i o n C o , L t d , X i n i n g 8 1 0 0 0 0 , C h i n a ; 2 a De p a r t me n t o f C i v i l E n g i n e e r i n g ; b J i n C
5、h e n g C o l l e g e , N a n j i n g U n i v e r s i t y o f A e r o n a u t i c s a n d A s t r o n a u t i c s , N a n j i n g 2 1 1 1 5 6 , C h i n a ) Abs t r ac t : Ai r fie l d p a v e me n t d e i c e r h a s a c e r t a i n c o r r o s ive t o hi g h pe r f o r ma n c e c o n c r e t e S t
6、ud i e d c o rro s i o n r e s i s t a n c e us i ng i mme r - s i o n c o rros i o n o f fly a s h h i g h pe r f o r man c e c o n c r e t e i n a 2 5 s o l u t i o n of c a l c i u m ma g n e s i um a c e t a t e Th e r e s ul t s s h o we d t h a t 2 5 o f t h e l o n g t e r m e f f e c t c a l
7、 c i u m ma gn e s i u m a c e t a t e s ol u t i o n f o r fly a s h h i g h pe r f o r man c e c o nc r e t e n o i n t e r na l c he mi c a l c o r r os i o nW h e n t h e fly a s h h i g he r do s a g e, h i g h p e r f o rm a nc e c o n c r e t e, t he s tro n ge r ant i e r os i o n c a l c i
8、um ma g ne s i u m a c e tat e Re l a t i v e t e r ms a g a i n s t S u l ph a t e r e s i s t i ng c e me n t h i g h p e r f o r manc e c o n c r e t e, t h e P o r t l a n d c e me n t h i g h p e r f o rm a n c e c o n c r e t e e x h i b i t mo r e e x c e l l e n t a n t i e r o s i o n a b i
9、 l i ty c a l c i um ma g n e s i u m a c e t a t e The r e f o r e, t he us e o ff l y a s h a s a l a r g e r mi ne r a l a d mi x tur e t o P o rtl an d c e me n t a s g e l l i n g ma t e r i a l s, pr e p a r a t i o n o fhi g h p e r f o rua a nc e c o n c r e t e ha s a v e r y g o o d r e s
10、i s t an c e t o s u r f a c e e r o s i o n c a l c ium ma gn e s i um a c e t a t e p e r f o rm a nc e Ke yw or ds: hi g hp e r f o rm a nc e c o n c r e t e ; a i r fie l dpa v e me n td e i c e r ; c a l c i umma gn e s i uma c e tat e; c h e mi c a l a t t a c k; s u r f a c e s c a l i ng 0 引
11、言 目前 , 机 场使 用 的除冰 液主 要有 2种 : 以乙二 醇 为 主要 成分 的飞 机 除冰液 和 以醋 酸钙镁 ( C MA) 为 主要 成分的机场道面除冰液2 1 。 而机场道面的腐蚀主要以C MA 为 主 , 关 于粉 煤灰 ( F l y a s h , F A) 高性 能混 凝土 ( H i g h p e r f o r ma n c e c o n c r e t e , H P C) 在机场道面除冰液环境 中耐腐 蚀 问题的国内外文献 比较少 , 现有的研究工作多侧重于在普 通水 泥混凝土 ( O r d i n a r y p o r t l a n d c e me
12、 n t c o n c r e t e , O P C) 在 机场道面除冰液作用下以表面剥蚀为特征的化学腐蚀p _ 6 , 余 红发课 题组【 6 - 1 以硅酸 盐水泥 和抗 硫酸盐水 泥 为胶凝 材料, 分别研究 了掺加 2 0 粉煤灰和 4 0 粉煤灰的4种 H P C在机场道面除冰液作用下的抗冻性 , 发现 H P C在 C MA 溶液 中的破坏并非冻融破坏 , 预示 H P C的破坏可能存在 冻融 之外 的破 坏机理 。 本研究 主要报 道这 4种 掺加粉煤 灰的 H P C在体积浓度为 2 5 的 C MA溶液中长达 4年 的化学腐蚀试验结果, 研究粉煤灰掺量对不同系列 H P
13、C 抗腐蚀性的影响规律 , 探讨了 H P C的抗 C MA表面剥蚀 破坏 的机理 , 为我 国北 方地 区机 场道面水 泥混凝 土的配 合 比设计提供 理论依 据 。 1 原材料、 配合比与试验方法 1 1 原材料 水泥 : 一种为江南小野 田水泥厂生产的 P I I 5 2 5 级硅 酸盐水泥 , 另一种为山东华银特种水泥股份有 限公司生产 的 P HS R 4 2 5 级高抗硫酸盐水泥。 水泥的基本物理力学 性能和化学成分分别见表 1 和表 2 。 镇江产风选 I 级粉煤 灰 , 细度 6 8 , 含水率 0 0 4 , 烧失量 2 0 4 , 需水量 L 9 3 , 收稿 日期 :2
14、0 1 4 一 O 1 1 1 基金项目:国家 自 然科学基金项 目( 5 1 1 7 8 2 2 1 , 2 1 2 7 6 2 6 4 ) ; 国家重点基础研究发展计( 9 7 3 计划 ) 资助项 目( 2 0 0 9 C B 6 2 3 2 0 3 ) 6 2 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m S O 含 量 1 2 2 , 化学成分参 见表 2 。 南 京产 黄砂 , 属于 I I 区级配 , 中砂 。 南京六合产 玄武岩 碎石 , 最 大粒径 1 0 m m, 表观密度 2 8 2 0 k g m , 堆积密度 1 4 3 5 k g m , 含 泥量
15、 0 3 , 针片状颗粒含量 1 1 4 , 压碎指标 6 , 属于 5 1 0 m m连续 级配 。 江苏省建筑科学研究院生产的 J M B型萘 系高效减 水剂 和液体 J M 2 0 0 0 c 高效引气剂 , 2 5 C MA采用无锡 阳 山生 化有限责任公司生产 的工业级一水醋酸钙和 四水醋 酸镁配制 , 物理指标参见表 3 。 表 1 水泥物理力学性能 表 2 主要原材料的化学成分 表 3 醋酸钙镁化学指标 一 水醋酸钙( 工业用) 四水醋酸镁( 工业用 ) 分子式 C 4 H 6 C a O 4 H 2 0 分子式 c 4 H 6 C a o 4 H 2 0 百分含量 9 8 O
16、1 0 0 5 百分含量 9 8 0 1 0 2 O p H( 5 水 , 2 5 ) 6 3 9 6 不容物百分含量 O 1 H2 O 8 0 C1 一 含 量0 0 5 含铅量 0 0 0 1 s o ,- 含量 O 0 5 C l 含量 0 1 C a 2 _ 含量 0 1 S 0 含 量0 1 含铅 量 0 0 0 1 1 2配合 比与试件制作 按照 G J B 1 5 7 8 1 9 9 2 机场道 面水泥混凝土配合 比设 计技术标准 , 采用粉煤灰等量取代水泥, 并掺加占胶凝材料 用量 0 6 5 的减水剂和万分之 0 8 的引气剂 , 设计了硅酸盐水 泥系列和抗硫酸盐水泥系列 的
17、 H P C 。 其 中, 粉煤灰掺量分别 占胶凝材料用量 的 2 0 和 4 0 , 编 号分别为H P C F 2 0 一 P I I 、 H P C F 4 0 P J I 、 H P C F 2 0 P k - I S R和 H P C F 4 0 一 P _HS R 。混凝土试件 采用机械搅拌、 振动成型, 试件规格为 4 0 m m x 4 0 mm x 1 6 0 mm 和 l O O m m x l O 0 m mx 4 0 0 m m, 试件成型后在标准养护室带模 养护 1 d 后拆模 , 然后在( 2 0 3 ) 饱和石灰水 中养护至 2 8 d , 之后测定强度 、 并进
18、行耐久性试验 。 其 中, 4 0 m mx 4 0 mmx 1 6 0 mm用于耐久性试验 , 1 0 0 m mx l 0 0 m mx 4 0 0 m m用于强 度测试。 4 种混凝土的配合比及 2 8 d 后的抗压强度见表 4 。 表 4混凝土配合比和 2 8 d抗压强度 1 3试 验 方 法 C MA溶液 的浓度 ( 质量 分数 ) 为 2 5 , 浸泡时间分别 为 3 0 、 9 0 、 1 2 0 、 1 5 0 、 1 8 0 、 2 1 0 、 2 4 5 、 5 0 6 、 9 7 5 、 1 0 5 6 、 1 0 9 3 、 1 1 3 7 、 1 2 4 6 、 1
19、5 2 2 d o 在浸泡之后的不 同浸泡时 间, 分别用 电子天 平和超声波检测仪测量试件的质量和超声波传播速度。 测 试仪器为 MP 5 0 0 2 型 电子天平 ( 精度 为 0 0 1 g ) 和 N M- 4 B 型无损非金属超声波检测仪 。 混凝土试件 的单位面积剥蚀量按式( 1 ) 计算 : ,、 5 = 0二 一 ( 1 ) A 式中: S n天腐蚀后试件 的单位表面积的剥蚀量 , g m ; G 。 腐蚀前试件的质量; G n 天腐蚀后试件的质量; A规格为 4 0 mm x 4 0 mm 1 6 0 mm试件的表面积 为 0 0 2 8 8 m 。 按照规范罔 采用 S I
20、 5 0 0 g m 作为表面剥蚀破坏标准。 相对动弹性模量可用式( 2 ) 计算翻 : 一En: 星 1 0 0 ( 2 ) Eo t 式中 : E相对动弹性模量 , ; E 。 , 。 混凝土试件的初始动弹性模量和初始声速; E n , 腐蚀 n 天后混凝土试件的动弹 和声速; t o 混凝 土试件的初始声时 ; 混凝 土试件经过 n 天腐蚀后的声时 。 2结果与讨论 2 1 HP C在 CMA 溶液作 用下的相对 动弹性模 量 变化 图 l 是 4种 H P C试件在 2 5 浓度 C MA 溶液 中的相 对动弹性模量变化 。 由图可见 , 4 种 H P C试件在 C MA溶液 长期作
21、 用下 的相对 动弹性模量 变化趋势差别 不大 , 且相 对动弹模量仍然均保持在 9 0 以上。 因水泥和粉煤灰的后 期水化作用导致混凝土内部结构的致密化 , 相对动弹模量 的峰值出现在 5 0 0 d , 高达 1 2 0 1 4 0 , 之后缓慢下降, 在 1 0 0 0 d稳定 在 9 0 1 0 0 , 即使经过长达 1 5 0 0 d的 C MA 6 3 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 经过 9 7 5 d的浸泡腐蚀作用 , 该 H P C试件严重缺棱掉角 , 表 面形成 腐蚀坑 , 并伴
22、有棱角的砂浆剥落 , 当浸泡时间继 续延长到 1 5 2 2 d时, 试件表 面剥蚀严重 , 已经成为逐层的 砂浆剥落, 不过尚未发现有石子剥落现象。 2 4 HP C在 C MA溶液长期作用下的抗表面剥蚀 机理 分析 目前关于 C MA化学腐蚀的机理 已经形成了一套系统 研究成果 : 在常温条件下 , 混凝土在 C M A 溶液中表 面 有 C H浸出, C H浸出后与 C MA作用形成了无胶凝能力 的 Mg ( O H) 2 和 C a ( C H 3 c o o) 2 H 2 0晶体沉淀 ; 而 C H 3 C O O 离子还可与 AF t 和 A F m反应形成 C ( A 3 F )
23、 C a ( C H c o o) : 1 0 1 2 H 2 0, 并与 A F m 和 C ( A 3 F ) H 等形成 固溶体 , 使水泥 石结构解体 。 前述系统研究结果 表明 , 大量掺加粉煤灰 的 H P C具 有较好 的抗 C MA表面剥蚀能力 , 其抗剥蚀的原因来 自两 个方面 : 一方面 , H P C的水胶 比较低 , 孔结构 细化 , 孔 隙率 低 、 孔径 小 、 孔 的连通性 下降 1 6 , 从 而降低 了 Mg 2 十 、 C a 2 + 和 C H C O O 一 离子在 混凝土 中的渗透 速度 , 也 减少 了腐蚀性 离子在 H P C内部毛细孔 中与 C
24、H的化学腐蚀反应速度 ; 另一方面 , 由于粉煤灰取代水泥后 , 粉煤灰 的后期火 山灰 反应大量消耗易受到腐蚀的 C H数量, 同时, 大掺量粉煤灰 改善 了 C H在水泥石一 集料界 面过渡区上的富集与定 向排 列 , 从 而优化 了界面结构 , 同时生成了数量更多的具有更高 强度 、 更高稳定性的低碱度 C S H凝胶 1 7 , 从而使水泥石和 界 面结构更加致 密 , 混凝 土的孑 L 隙率 降低 , 减小了界面过 渡 区的连通;f L S L 径 , 从 而减少 了 M 、 C a 和 C H 3 C O O 一 离 子沿着界 面向内扩散渗透 的速度 。 抗硫 酸盐水泥 H P C
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