硫酸盐对淡化海砂混凝土的腐蚀研究.pdf
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1、第 1期 (总 第 2 7 9期 ) ) e r 1 i n2 0 1 3 ( T o t a l No 2 7 9) 混 凝 土 Co n c r e t e 理论研究 THEoRETI CAL I S EARCH 9 6 9 8 i s s n 1 0 0 2 - 3 5 5 0 2 0 1 3 0 1 0 0 6 硫酸盐对淡化海砂混凝土的腐蚀研究 苏卿 。陈艾荣 ( 同济大学 土木工程学院桥梁系,上海 2 0 0 0 9 2 ) 要 : 对河砂混凝土和淡化海砂混凝土在 5 Na 2 S O ( 质量分数 , 下 同) 、 5 MG S O 4 + 3 5 C 1 腐蚀溶液 中浸泡和浸烘
2、的损伤过 究。 结果表明: 两种试验制度下, 河砂混凝土的动弹模损失大于同配合 比的淡化海砂混凝土 ; 浸烘试验中, 淡化混凝土的动弹 低 4 0 , 河砂混凝土约为 6 0 。 词 : 淡化海砂 ;硫酸盐腐蚀 ;动弹模 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 3 ) 0 1 0 0 2 1 0 3 R e s e a r c h o n c o r r o s i on t o wa s h e d s e a s a n d c on c r e t e a t t a c k e d b y s u l f a
3、 t e S UQ i n g , C H E NAi - r o n g ( D e p a r t me n t o f B r i d g e E n g i n e e ri n g , T o n g j i U n i v e r s i t y , S h a n g h a i 2 0 0 0 9 2 , C h i n a ) t r a c t : T h ed a ma g e p r o c e s s o f o r d i n a r yc o n c r e t e a n dwa s h e d s e a s andc o n c r e t e , a t
4、t a c k e db y s o l u t i o n s o f 5 Na 2 S O4 ( i nma s s , s a meb e 一 ,5 M G SO4 +3 5 C1 一wi t h me t h od o fi mme r s i o n a n d d r y i n g i mme r s i on we r e s t u d i e d Th e r e s ul t s s h o we d t h a t t he l o s s o fe l a s t i c mod u f or d i n a r y c o n c r e t e wa s mu c
5、 h mo r e t h a n t h a t o fwa s h e d s e a s an d c o nc r e t e At the e n d o fd r y i ng i mme r s i o n e x p e rime nt , the r e l a t i v e d y - C e l a s t i c mod u l us o fwa s he d s e a s a nd c o n c r e t e wa s n e a r l y 0 6, wh i c h o fo r di n a r y c o n c e r e t e wa s 0 4
6、Th e de t e rior a t i o n o fc o nc r e t e p r e i n e l a s t i c mo d u l u s wa s s t a bl e。 t he n de c r e a s e d w or ds: wa s h e d s e a s a n d; s ul f a t e c o r r o s i o n: d yn a mi c e l a s t i c mo d ul us 危 砂是一种低附加值的非金属矿种 , 运 费在建筑砂 戈 本中占有较大的密度, “ 地理区位因素” 决定了建 平 采和利用的模式是就地取材 、 因
7、地制宜 。 多年来 设使 以宁波 、 舟山为代表的沿海城市的海砂开采 、 丑 形成了一定规模 i - z ( 图 1 ) 。 关于海砂混凝土性能 献 也 日渐丰富 , 但研究热点大多是“ 海砂型 ” 氯盐 冈 筋锈蚀 , 忽视了滨海环境 中硫酸盐也是引起混凝 对 久性能劣化的重要原 因。 ( a ) 采砂设备 ( b ) 满载而归的运砂船和岸边的砂场 图 1 宁波一 舟山地区颇具规模的海砂开采业 本研 究针对滨海环境 条件 , 以 5 N a 2 S O 、 5 MG S 0 4 + 3 5 C 1 溶液为腐蚀介质 , 采用 了长期浸泡腐蚀和浸烘循环 两 种试 验制度对 比研究相 同配合 比的
8、河砂与淡化海砂混 凝土 的损伤失效过程 。 1试 验 1 1 原材料 山水水泥厂 P O 4 2 5 级水泥 , 物理性能见表 1 。 I I 级粉 煤 灰的化学成分见 表 2 。 聚羧 酸系高效减水剂 。 粗 骨料为 5 2 5 mm的碎石 , 细骨料的性能指标见表 3 。 表 1 P O 4 2 5级水泥的物理力学性能 1 2 混 凝 土 配合 比 淡化海砂 混凝 土在我 国沿海地 区应用较 广 , 尤 以宁 波 、 舟山为代表 。 因此 , 本试验在参考上述地区混凝土配合 比的基础上, 根据配合比设计要求 , 进行大量试配得到表4 所示的配合比。 试验试件为边长 1 0 0 mi l l
9、 的立方体。 表 2 粉煤灰的化学组成 :2 01 2 O 71 8 21 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 表 3砂的基本性质 注 : 配合比编号中 , A代表河砂混凝土 , B代表淡化海砂混凝土, 数字代表强度等级。 1 3试 验 方 法 目 前 , 各 国规范中关于硫酸盐侵蚀 的研究主要针对水 泥胶砂 , 大量 的混凝土试验都是参照水泥胶砂 试验制 度。 结合青岛当地环境, 针对滨海环境混凝土构筑物的不同结构 部位 , 制备了质量浓度为 5 N a 2 S O 和 5 Mg S O 4 + 3 5 N a C 1 溶液进行长期浸泡试验和浸烘循环加速腐蚀试验。
10、 1 3 1 长期浸泡腐蚀试验 长期浸泡腐蚀试验模拟滨海环境水下结构或地下饱 水结构混凝土中的硫酸盐腐蚀及损伤情况 。 试验 中, 混凝土 试块浸没在腐蚀溶液中 , 为确保试块表面与腐蚀溶液充分 接触 , 试块间保持一定间隔。 为保证腐蚀溶液的浓度稳定 , 除每隔三周更换一次腐蚀溶液外 , 试验箱用塑料膜覆盖减 缓硫酸钠析晶。 1 3 2 浸烘循环加速腐蚀试验 浸烘循 环腐蚀试验模 拟滨海环境 中水位变 动区的硫 酸盐腐蚀情况 。 采用混凝土试件在鼓风干燥箱 中 5 0烘 2 4 h ,室温冷却 3 h 后浸泡到腐蚀溶液中 4 5 h为一个浸烘 循环 的制度 。 2 试验结果与分析 2 1 不
11、同试验制度 的影响 与单纯的浸泡试验相 比, 浸烘循环加速了硫酸盐对混凝 土的腐蚀破坏, 不论腐蚀溶液是 5 N a 2 S O 或是 5 MG S O 4 + 3 5 N a C 1 复合溶液 , 混凝土试块的动弹性模量损失均较大。 从图 2 和 图 3 可知 , 混凝土在不 同试验制度下表现 的 损伤趋势不同。 浸泡试验 中, 混凝土相对动弹性模量均处在小幅增长 或平缓阶段。 没有外 界加速破坏 的干扰下 , 混凝 土性能 的 变化 比较缓慢口 , 初期 由于水泥水 化进程 的 自然 规律 , 内 部逐渐水化密实 , 且在混凝土 内硫酸盐与水化产物反应 生 成的钙矾石和石膏等固相结晶物体积
12、增长, 有利于改善孔 隙结构, 提高水泥石的密实性。 所以, 侵蚀初期表现为相对 动弹性模量略有上升; 随着时间的变化, 钙矾石体积膨胀 增大, 当膨胀应力超过了水泥浆体的抗拉强度 , 混凝土内 部产生微裂缝 , 虽然导致相对动弹性模量下降 , 但趋势缓 慢且需较长时间才能显现 。 在 5 MG S O 4 + 3 5 N a C 1 复合溶液 中浸烘 时, 混凝土的 相对动弹性模量先减小 , 后增大 , 最后加速降低 。 在试验初 期的 2 3 个浸烘循环 , 干湿作用造成混凝土 内部含水量变 , U l UU 2UU 300 40 0 5 00 时间 d ( b ) 5 Mg S O +
13、3 5 N a C 1 图 3 淡化海砂混凝土在腐蚀溶液浸泡和浸烘后 。 变化 化且弹性模量是在混凝土试 块从腐蚀溶液 中取 出晾干后 测试 , 此时混凝土表面干燥 但 内部 自由水 含量较 多 , 而声 波在水中的传播速度小于固体嘲 , 于是相对动弹性模量在 短期内减小 , 约为 0 8 3 。 随着时间推移 , 混凝 土内水化产物 及硫酸盐与水化产物的反应产物不断生长 , 有利于改善孔 O 0 O pJ 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 隙结构 , 提高水泥石 的密实性 , 相对动弹性模量上升 , 最后 相对动弹性模量 出现大幅下降 。 分析其原因是 , 干湿
14、循环使 混凝土 内的硫 酸根浓度在瞬间达 到最大值 , 加速了化学反 应 , 钙矾石膨胀也加快 ; 另一方 面 , 烘 干时混凝 土收缩 , 内 部产生拉应力 , 引起微裂缝 的扩展和连通6 - 7 1 , 降低 了混凝 土的抗渗透性 , 在随后的浸泡过程 中, 使得硫酸根离子更容 易侵蚀混凝土 。 如此 , 周而复始 , 混凝土损伤程度逐步增大。 2 2 不 同腐蚀溶 液的影响 图 4对 比 了 5 N a 2 S O 溶液 与 5 MG S O 4 + 3 5 N a C 1 复合溶液的浸烘腐蚀作用, 可以看出, 两种混凝土在复合 溶液中浸烘时 , 初期的腐蚀程度小于单一溶液, 随着试验
15、时间的增长 , 复合溶液 中的混凝土试件相对动弹性模量在 稳定发展后迅速下降。 其原因主要是 , 复合溶液浸烘对混 凝土 的腐蚀是 以镁盐对混凝 土的剥落 破坏为 主 , 硫 酸盐 ( 对混凝土先致 密后损伤 ) 为辅 的破坏形式 , 一 方面 , M 与混凝土 中的 C a ( O H) 反应生成 Mg ( O H) , 由于其 溶解 度极低 , 约为 0 0 1 g L 嘲 , 因此沉积在 混凝 土表面并 很快形 成致密层 , 从而减缓 了外界离子 向混凝 土内部的扩散 ; 另 一 方面 , 进入 混凝土 的硫酸根与水化产物反应 生成 的钙矾 石密实了混凝土的内部结构, 从而提高混凝土抵抗
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