受硫酸盐侵蚀的混凝土材料因素研究现状.pdf
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1、浙江建箍, 第2 7卷 , 第 3期, 2 0 1 0年 3月 Z h e j i a n g C o n s t r u c t i o n,Vo 1 2 7,No 3 ,Ma r 2 0 1 0 受硫酸盐侵蚀 的混凝土材料 因素研究现状 T h e S t a t u s o f t h e S t u d y o n Co n c r e t e Ma t e r i a l s E r o d e d b y Su l f a t e 郑 凤 , 高 妍 , 季海霞 Z HE NG F e n g ,G AO Y a nJ 1 Ha i x i a ( 中国矿业大学 结构工程 , 江苏
2、 徐州 2 2 1 0 0 8 ) 摘要 : 硫酸盐侵蚀 是水泥混凝土结构病害劣化 的主要原 因之一。要提高混凝 土抗硫酸盐腐蚀 的性 能, 最重要的还是提高混 凝土的质量 , 高的密实度对混凝土抗硫酸盐腐 蚀是致关重要 的。在此从混凝土的水泥类型 、 水泥用量 、 水灰 比、 以及外加剂等材料 因素加 以考虑 , 综述 目前 的研究现状。 关键词 : 硫酸盐侵蚀 ; 混凝土 ; 材料因素; 研究现状 中图分类号 : T U 5 2 8 3 3 文献标识码 : A 文章编号: 1 0 0 8 3 7 0 7 ( 2 0 1 0 ) 0 3 0 0 5 8 0 3 硫酸盐 侵蚀 是水泥 混凝 土
3、结构 病害 劣化 的主要 原因之 。硫 酸盐 主 要 包括 硫 酸 钠 、 硫 酸 钙 、 硫 酸 镁 、 硫酸钾等。腐蚀主要发生在水工结构物 , 海岸建 筑物和化学工厂等结构 中。海水 、 盐湖 、 地下水等环 境 中大多都 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腐蚀 作用 , 使其发 生破 坏 。 青海 湖地 区周 围环 境 中 的混凝 土 结 构 , 由于硫 酸盐的侵蚀 , 基本上是“ 一年粉化 , 三年坍塌 ” 。我 国的天 津 、 河 北 、 山 东 等 省 市 , 还 有 大 片 的盐 碱 地 。 在这 些地方 的
4、混凝 土 结 构 物 , 也 由于硫 酸 盐 的侵 蚀 而产 生“ 烘根 ” 。广 大西 部 地 区 , 由于 硫 酸盐 侵蚀 和 矮他作用, 埋在盐渍土地带的水泥电杆 , 一年后即发 现纵 向裂缝 , 两 年 后 即 出现 了纵 筋 和 螺 旋 筋 外 露 。 我 国酸 雨覆盖 面 积约 4 0 , 对 混凝 土 结构 物 的腐 蚀 也十分 严重 。 要提高混凝土抗硫酸盐腐蚀的性能 , 最重要 的 还是提高混凝土的质量, 高密实度对混凝 土抗硫酸 盐腐蚀是致关重要 的。也就是从混凝 土的水泥类 型、 配合比水灰比、 以及外加剂加以考虑。 收稿 日期 : 2 0 0 91 01 2 基金项 目
5、: 家自然科学基金资助项 目( 5 0 0 7 8 0 5 4) 作者简介: 郑风 ( 1 9 8 4 一 ) , 女 , 江苏盱眙人 , 硕士研究生在读。 1水泥类型的影响 对 硅 酸 盐 系水 泥来 说 , c A、 C S 、 C S 、 C A F各 种组 分 的含 量 对 混 凝 土 的硫 酸 盐 侵 蚀 有 很 大 的影 响。其 中 c A、 c s是两个重要指标 , c s含量高 , 生 成过多的氢氧化钙, 易受硫酸盐侵蚀生成石膏, 导致 混 凝 土在硫 酸 盐 环境 下 的过 早 破 坏 。C A 含 量 高 , 易于生 成过 多 的膨 胀性 产物 钙矾 石 , 导 致膨胀 破
6、坏 , 见表 1 。故各 国对于有抗硫 酸盐要求 的工程 , 水泥 中 c A含量都有限制( 一般为 5 8 ) 。 表 1水泥中各主要矿物的含量对 抗硫 酸盐性能的影响表 第 3期 郑凤等: 受硫酸盐侵蚀的混凝土材料因素研究现状 5 9 水 泥 中 c A含 量 不 大 于 5 5 时 , 具 有 良好 的 抗硫 酸盐 侵 蚀 性 能 , C A 不 大 于 8 的水 泥 可用 于 中等硫酸盐侵蚀环境 中, 可 以看 出没有这两种成分 的硫 铝酸 盐水 泥 将有 较好 的抗 硫 酸盐 侵蚀 性 能 。我 国有 两种 抗硫 酸 盐硅 酸 盐水 泥 , 其 一是 C A的 含量 小于 5 , C
7、 S的 含 量 小 于 5 5 , 为 中 抗 硫 酸 盐 水 泥 ; 其 二 是 C A 的 含 量 小 于 3 , C S的 含 量 小 于 5 0 , 为高 抗硫 酸盐 水 泥 。美 国 的抗 硫 酸盐 水 泥 只 有一 种 , C A 的含量 小 于 5 。 如针 对 水 泥 组 分 的 研 究 结 果 表 明 : 水 泥 中 的 c A、 C S不 利 于 混 凝 土 的 抗 硫 酸 盐 腐 蚀 , 而 C A F 有利 于抗 硫酸 盐 ; 水 泥熟料 急 冷有 助 于形成 玻 璃体 , 会相应提高混凝土抗硫酸盐腐蚀的能力 。 马保 国 研 究 了 普 通 硅 酸 盐 水 泥 ( o
8、 r d i n a r y p o r t l a n d c e me n t , O P C) 、 快 硬 硫 铝 酸 盐 水 泥 ( r a p i d h a r d e n i n g s u l p h o a l u mi n a t e c e me n t , S A C) 、 抗 硫酸 盐水 泥 ( s u l f a t e r e s i s t a n t p o rt l a n d c e me n t , S RC)及 OP C S A C复合 水 泥掺 加 3 0 ( 质 量 分 数 ) 石 灰 石 粉 的砂 浆试件 在 ( 51 ) , 浸 泡 于 5 (
9、 质 量 分数 ) Mg S O 溶液 中各 龄期 的 强度 、 膨胀 率 、 外 观变 化及 其水 化产 物。结果表明: 碳硫硅酸钙型硫酸盐侵蚀 ( T h a u m a s i t e s u l f a t e a t t a c k , T S A) 程 度 与 水 泥 品种 有 关 , S R C 不能有效地防止 T S A破坏 , 而 O P C与 S A C复合能 够取得 较 好 的抗 T S A效果 。 而不 同水 泥 品 种 加入 掺 合 料 后 的性 能 , 有研 究 表明 采用掺 3 0 石灰石粉填料后 的胶砂试件 , 不 同品种水泥的抗 T S A侵蚀能力 由高到低依
10、次为 : 硫 铝酸盐 水 泥 +硅 酸盐 水泥 复合 硫 铝 酸盐水 泥 抗 硫 酸盐 水 泥 普硅 水 泥 。掺硅 灰 和矿 渣细 粉均 能 明 显改善 混凝 土 抗 T S A侵蚀 性 能 , 且 矿 渣 粉 掺 量越 大 效 果越 明显 。 由于 粉煤 灰 活性 低 , 掺 量较 少 时 可在 一 定程 度 上减 缓 T S A侵蚀 过 程 , 但 掺 量 过 多 时 反 而 产生不 利 影 响 。 2水泥用量 的影响 由 于可 以减 少 膨 胀 和增 加 混 凝 土 强度 , 水 泥用 量增加 , 可 以增加混凝土抗硫酸盐侵蚀性能, 美 国垦 务 局规 定 , 暴露 在 严 重 硫 酸
11、 盐 侵 蚀 环境 中 的 混凝 土 的最小 水 泥用 量 不得 小于 2 4 5 k g m , 水 泥 用量 多 时 可以减少混凝土空隙 , 降低透水性 , 可以减少渗人混 凝土中硫酸盐离子的数量。从图 1可以看出混凝土 的渗透性 ( 高水 泥用 量) 在 降低侵蚀速率上 比水泥 中的 C A含量 更为 重要 。 廿 褂 瑚 稻 露 图 1 水 泥品种与用量对硫酸盐 腐蚀 的影响 3水灰 比的影响 水灰 比影响水泥浆体的致密程度 , 水胶 比越高, 水泥浆体致密性越差 , 混凝土空隙多使硫酸盐离子 渗透较快 , 所 以对于硫酸盐侵蚀 , 水灰比大的混凝土 其膨 胀也 大 , A C I 3
12、 1 8 - 8 3规 定 , 在 严 重 的硫 酸 盐 环 境 中 , 水泥 的水 灰 比不 得 大 于 0 4 5 , 在 非 常 严 重 的 硫 酸盐 环境 中 , 水泥 掺 加 火 山灰 质 混 合材 混 凝 土 水 灰 比不 得 大于 0 5 。 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 , 通常认为水灰 比小于 0 4 5 、 C S含量 低于 8 的混 凝 土是 相对 安全 的 。有 研究 表 明在 硫 酸钠 环 境 下 , 水 胶 比低 , 有 利 于 抗 侵 蚀 。如水 灰 比 0 5和0 3 5, 浸泡 时 问为 年 , 强度 减
13、少分 别 为 3 9 和 2 6 。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 3 5 , 强度减少分别为 6 2 和 8 1 。埘 于 = 掺有活性掺台 料 的水泥 也得 到类 似 的结 果 。 韩斌 斌 的 试 验 同样 证 明 了 此 结 论 : 胶 砂 比为 l: 3 、 1: 4 。 的砂 浆 的抗 硫 酸 盐侵 蚀 性 能 明 优 于胶 砂 比为 1: 5时 的砂浆 ; 在 胶砂 比为 1: 3 、 1: 4时 的 砂浆 的抗 硫 酸盐 侵 蚀 性 能 随 矿渣 掺 量 增 J J 【 l 而 增 强 , 胶砂 比为 1: 5
14、时 , 矿渣掺量的增加反 使抗硫酸盐 侵蚀 性 能减 弱 。 4掺合 料种类及其掺量 的影 响 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 。粉煤灰掺 量较 大 时 , 抗 硫 酸 盐 性 能 更 好 。在 硫 酸 钠 浓 度 为 5 , P H值为 3的环境 下, 粉煤灰掺量 4 0 比 2 0 抗硫 酸盐 性 能 明显 要 好 。但 大掺量 粉 煤灰 混凝 : 存 干湿 交 界 处 由 于 盐 结 晶 作 用 更 容 易 产 生 表 面 剥 6 0 浙江建筑 2 0 1 0年第 2 7卷 蚀 。矿 渣量达 到 6 0 时 才 能有 利 于提 高混 凝
15、土 的抗硫 酸盐 性 能 ; 硅 灰掺 量 5 比掺量 为 1 0 表现 更好 。加 入 矿 物 掺 合 料 降低 了 试 件 的胶 凝 材 料 中的 C A含量 , 其 火 山灰反 应 消耗 了大 量 的水化 产 物 C a ( O H) , , 且 提 高 了试 件 的密 实 度 , 对 硫 酸 盐 侵 蚀具有明显的预防缓解作用 ; 各矿物掺合料的抗硫 酸盐侵蚀效果由优到劣依次为: 3 0 粉煤灰、 3 0 粉 煤 灰 + 3 0 矿 粉 、 6 0 矿粉 、 3 0 钢 渣 +3 0 矿 粉 、 3 0 钢渣 3 0 矿 粉 、 空 白样 。但 是也 有研 究指 出硅灰 、 矿渣微 粉和
16、 粉 煤 灰 三种 常用 矿 物 掺 合料 对 混凝土抗硫酸盐腐蚀能力 , 作用效率 由高至低依 次 为 : 硅灰 矿渣 粉煤 灰 。 掺煤矸石的水泥砂浆抗硫酸盐侵蚀性较差 , 劣 于掺粉煤灰或矿粉的水泥砂浆和基准水泥砂浆 , 而 且 随着煤 矸石 掺量 的增 加 , 抗 硫 酸 盐侵 蚀 性 能显 著 下降 。 此外 , 还有些 特殊 的掺合 料 , 如柠 檬 酸钠 能改 善 混凝土的抗硫酸盐侵蚀性能 , 且随其掺量的增大改善 效果越显著 ; s O : 一 离子吸附剂的加入能有效降低 砂浆的硫酸盐侵蚀性能, S O j 一离子吸附剂的最佳掺 量 为 0 5 。而钡盐对混凝土硫酸盐侵蚀破坏的
17、改 善作用与其种类和掺量有关。其 中, 掺量小 于 1 0 的 氢氧化钡能改善混凝土 的抗硫酸盐侵蚀性能 。 在硫 酸 盐侵 蚀 环境 下 , 不 宜采 用 含 石灰 石粉 的 复合水泥或将石灰石粉作为矿物掺合料制备的混凝 土 。复合水泥在熟 料中同时掺人粉煤灰和石灰 石 能起到 相互补 充 的效 果 , 提 高 了混 凝 土 的早 期 强度 , 和普通水泥混凝土的早期强度较为接近 , 改善 _r 粉 煤灰混 凝土早 期强 度低 的缺点 。粉 煤灰 的品质 对混 凝土后 期强 度影 响较 大 , 掺有 优 质 粉 煤灰 的复 合水 泥基混 凝土 和粉煤 灰混凝 土 的后期 强度可 以赶 上甚至
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