试验方法对掺合料混凝土抗硫酸盐侵蚀性能影响的分析.pdf
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1、2 0 1 0 年 第 8 期 (总 第 2 5 0 期 ) Nu mb e r 8 i n 2 0 1 0 ( T o t a l No 2 5 0 ) 混 凝 土 Co n c r e t e 原材料及辅助物料 M ATERJ AI ,AND ADM I NI CLE d o i : 1 0 3 9 6 9 i s s n 1 0 0 2 3 5 5 0 2 0 1 0 0 8 0 3 3 试验方法对掺合料混凝土抗硫酸盐侵蚀性能 影响的分析 王应生 。牛荻涛 。宋华 。刘俊 ( 西安建筑科技大学 土木工程学院,陕西 西安 7 1 0 0 5 5 ) 摘要: 对掺入 2 0 粉煤灰 + 3
2、O 矿渣的掺合料混凝土试块分别采用试验室干湿交替循环、 全浸泡和半浸泡不同的试验方法。 对若干次 试验循环后的掺合料混凝土试块外观变化, 质量损失、 孔隙率变化、 抗压强度的记录和微观结构的扫描 , 分析和研究试验方法对掺合料混 凝土抗硫酸盐侵蚀性能的影 响。 关键词: 掺合料 昆 凝土; 硫酸盐侵蚀;试验方法;S E M 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 0 ) 0 8 0 0 9 6 0 3 I n f l u en c e o f differ en t t e s t i ng m e t ho d
3、s on an t i s ul f a t e c or r o s i on per f or man c e of c on c r e t e wi t h admi x t u r es WAN G Yi n g- s h e n g, NI U Di t a o, SONG Hu a , LI U J u n ( C o l l e g e o f Ci v i l E n g i n e e r i n g Xi a nUn i v e r s i t yo f A r c h i t e c t u r e &T e c h n o l o g y , Xi a n 7 1 0
4、 0 5 5 , Ch i n a ) Ab s t r ac t : Th e c o n c r e t eb l o c k swi t h a d mi x t u r e s , wh i c h a r ci n c lud i n g2 0 p u l v e r i z e d c o a l a s hand 3 0 g a n g u e s , we r et e s t e db y s e v e r a l me t h o d s s u c h a s c y c l i c we t t i n g an d d r y i ng me a s u r e ,
5、 e n t i r e i mme rsi o n a n d h a l f i mm e rsi o n m e a s u r e Th r o u g h o b s e r v i ng the a p pe a r an c e c h a n g e , ma s s l o s s , p o r o s i t y c h a n g e , c omp r e s s i v e s t r e n g t h an d mi c r o s c o pi c s t r u c tur e o f t h e c o n c r e t e b l o c k a ft
6、e r c e r t a i n t e s t i n g c y c l e, the i n flu e n c e o f d i ffe r e n t t e s t i n g me t h o d s o n a n t i s u l f a t e c o r r o s i o n p e r f o r ma n c e o fc o n c r e t e wi t h a d m i x t u r e s i s an a l y z e d Keywor ds : c o n c r e t ewi th a d mi x t u res ; s u l f
7、a t e c o r r o s i o n; t e s t i n gme t ho d s ; S EM s c ann i n g 0引 言 1 试 验 任何试验研究必须根据本课题特点 , 制定出一套合理的 试验方法 , 并选定某些评价指标来评判该试验研究结果。国内 外学者在研究混凝土硫酸盐侵蚀时都提出了不同的试验方法 和评判标准。目前 , 主要的试验方法有: 干湿交替循环试验, 全 浸泡试验和半浸泡试验。其试验方法各有优缺点: 干湿交替循 环试验周期比较短 , 被广泛应用于硫酸盐侵蚀试验中, 新版 普通混凝土长期性能和耐久性试验方法标准 ( 征求意见稿 ) 也采用该试验方法 , 但
8、采用该试验方法所得结果与实际硫酸 盐侵蚀规律有不小的差异 ; 采用长期浸泡试验方法, 能较好 的模拟实际工况 , 但长期浸泡试验周期过长, 经过较长试验 周期后才能揭示 出混凝土受硫酸盐侵蚀性能下降的规律, 美 国恳务局的某一项长期浸泡试验进行了长达 2 O年之久; 部 分浸泡试验方法很少有人采用, 它的缺点同长期浸泡试验方 法一样, 但却能更好模拟出混凝土试件不同部位的膨胀和损 伤变化 。 采用硫酸盐侵蚀试验方法不同, 得出的试验结论也有所不 同翻 。 本研究分别采用干湿交替循环试验、 全浸泡试验和半浸泡 试验 3种方法, 考察和研究试验方法对掺合料混凝土抗硫酸盐 侵蚀性能的影响。 1 1
9、试验材 料 原材料为: 广州市珠江水泥有限公司生产的粤秀牌P 4 2 5 R 级( 旋窑) 水泥, 化学成分及物理力学性能见表 1 、 2 ; 粉煤灰为粤 和牌 I I 级粉煤灰, 化学成分及物理性能见表 1 、 3 ; 矿渣采用马鞍 山产矿渣微粉 , 化学成分及物理性能见表 1 、 4 ; 减水剂采用聚羧 酸高效减水剂, 掺人量为胶凝材料质量的 1 ; 水为普通自来水; 石子采用陕西泾阳的锤破石 ( 粒径为 5 - 1 0 n l m) ,压碎指标为 1 2 ; 砂为陕西灞河中砂, 细度模数为 3 0 。 表 1 原材料 的化学成分 抗压强度 , V a 抗折 强度 P a 凝 结时问 mi
10、 n 3 d 2 8 d 3 d 2 8 d 初凝 终凝 2 4 0 3 0 5 5 3 - 3 6 2 9 7 1 8 0 1 2试验 方 法 按照表 5的配合 比例制成 1 0 0 mm 1 0 0 mmx I O O mm混凝 土试块, 试块成型后 1 d 拆模, 标准养护 2 8 d 后自然养护至 9 0 d , 收稿 日期 :2 0 1 0 0 4 1 1 基金项 目:国家杰 出青年科学基金( 5 0 7 2 5 8 2 4) ; “ 十一五 ” 国家科技支撑计划课题 ( 2 0 0 6 B AJ 0 3 A 0 2 0 3 ) 9 6 表 3 粉煤灰物理性能 密度 比表面积 流动度
11、 比活性指数 含水量 S O , ( g c m ) ( m2 k g ) 7 d 2 8 d 2 9 3 6 0 1 0 4 9 l 1 O 3 O 3 O 1 2 分别采用干湿交替循环试验 、 全浸泡试验和半浸泡试验的方法 进行硫酸盐侵蚀试验。 其中干湿交替循环试验的具体方法是: 将试块置于2 5 N a : S O 硫酸盐溶液中浸泡 1 6 h , 取出晾干 1 h , 再置入 8 0烘箱中烘干 6 h , 取出冷却 1 h为一个循环 , 一个 循环共 2 4 h 。 每一个月更换一次溶液 , 并保证溶液温度为( 2 0 + 3 ) 。 在 6 O 、 9 0 、 1 2 0 、 1 5
12、 0和 1 8 0次循 环时进行外观拍 照 , 干质 量测量和强度测试; 全( 半) 浸泡试验的具体方法是: 将试块置 于 2 5 N a 2 S 0 4 硫酸盐溶液中浸泡, 全浸泡应使浸泡溶液没过 混凝土试块上表面不小于5 c m,半浸泡应使溶液液面在混凝土 试块侧表面一半处 , 每 2 4 h为一个循环。 每一个月更换一次硫 酸盐浸泡溶液。每 3 0次循环进行质量测量 , 分别在 9 0 、 1 8 0 、 2 7 0 、 3 6 0 、 4 5 0次循环结束后对混凝土试块进行外观拍照和强 度测试。将有代表性的组分在强度测试后取样 , 以备后期进行 电镜扫描观测。 表 5 试 块配合比和溶
13、液 类别 2 结果与分析 参照文献 3 5 , 选取试块表观变化、 质量变化、 孑 L 隙率变化 和抗压强度变化 4个因素 , 分析和研究试验方法不同对混凝土 抗硫酸盐侵蚀性能的影响;并通过部分试块的微观形貌变化, 进一步说明掺合料混凝土在硫酸盐环境中破坏形式。 2 1 表 观 变化 图 1 ( a ) 为掺入 2 0 粉煤灰 + 3 0 矿渣的掺合料混凝土在 1 8 0次干湿交替试验后的表观照片, 试块 G1 除棱角轻微掉角, 表面基本保持完整, 局部位置出现麻面, 坑蚀现象, 试块角部出 现砂浆外漏现象。 ( a ) 1 8 O 次干湿循环后G1 照片 全浸泡4 5 0 d 后Q1 照片(
14、 c )部分浸泡4 5 0 d 后B1 照片 图 1 试块 G1 、 Q1 、 B 1在试验周期全部结束后的表 观照 片 图 1 ( b ) 为掺合料混凝土在 2 5 N a 2 S O 溶液全浸泡 4 5 0 d 后的表观照片, 试块 O1 表面水泥浆析出, 表面存在起皮 , 砂粒 轻微外漏, 整体保持完好。图 1 ( c ) 为掺合料混凝土在 2 5 Na z S O 溶液部分浸泡 4 5 0 d 后的表观照片, 试块 B1 浸泡在硫酸盐溶液 中的下半部分水泥浆析出, 表面存在起皮, 砂粒轻微外漏 ; 暴露 在空气中的上半部分出现体积膨胀现象, 存在掉角, 成型面起 皮较为严重, 且有结晶
15、盐析出。掺合料混凝土在不同的硫酸盐 侵蚀试验方法中表观变化有一定的差异, 部分浸泡试验中4 5 0 d 后的试块B1 表观破坏比较严重, 干湿交替试验方法中的试块 G1 次之, 全浸泡试验中 4 5 0 d后的试块 Q1 表观改变较小。 2 2 质 量 变化 图 2 所示为掺合料混凝土试块在不同硫酸盐试验方法中若 干次试验周期后的干质量( 在 8 O烘箱中烘干 1 2 h 后称重) 变化。 由图可以看出, 不同试验方法下试块质量的变化规律曲线 差异很大。 试块 G1 ( 干湿交替循环试验方法下) 在 O 9 0次干湿 交替循环期间质量明显增加 , 这是由于在干湿交替试验环境中 琶 1;l L
16、毯 试验周 期 图 2 试块 G1 、 Q1 、 B 1在若干次试验周期 后质量变化 混凝土侵蚀速度加快, 溶液中的硫酸钠与水泥水化产物反应生 成钙矾石和石膏晶体 , 钙矾石和石膏晶体的溶解度较低, 容易 在溶液中析出, 使得质量有不同程度的提高; 在 9 0次循环后质 量开始减小 , 可能因为随着试验的进行, 硫酸盐侵蚀产物Na O H 为可溶性物质, 被大量带出试块 , 同时试块表面的掉角, 砂浆崩 漏都能不同程度的减少试块质量。试块 Q1 ( 全浸泡试验方法下) 在 0 ,- 4 - 5 0 d之间质量一直处 于缓慢增长状态 , 说 明全浸泡试 验 方法下硫酸盐对混凝土侵蚀速度相对于湿交
17、替试验方法来说 要缓 慢 的多 , 国外 学者通过试验 证实 : 一年 的干湿交替循环试 验效果相当于 8年的 0 5 Na 2 S O 溶液全浸泡试验侵蚀程度嘲 。 试块 B 1 ( 部分浸泡试验方法下) 在 0 - 2 7 0 d之间质量连续增长, 在 2 7 0 d后质量出现下降, 说明部分浸泡试验方法下硫酸盐对? 昆 凝土侵蚀速度比全浸泡试验方法下的速度要快。掺合料混凝土 在不同的硫酸盐侵蚀试验方法中的反应速度 , 仅从质量变化方 面来分析: 干湿交替循环试验方法最快, 部分浸泡试验方法次 之 , 全浸泡试验方法最为缓慢 。 2 3 孔 隙率 变化 图3所示为掺合料混凝土试块在不同硫酸
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