混凝土在MgCl2与Na2SO4复合溶液中的抗腐蚀性.pdf
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1、第 2 6卷第 1 期 2 0 0 9年 3月 华中科技大学学报( 城市科学版) J o f H U S T ( U r b a n S c i e n c e E d i t i o n ) V0 1 26 No 1 Ma r 2 Oo 9 混凝土在 Mg C I 2与 N a 2 S O ,复合溶液中的抗腐蚀性 周 鹏, 余红发, 杨礼明 ( 南京航空航天大学土木工程系, 江苏南京2 1 0 0 1 6 ) 摘要 : 研究 了粉煤灰混凝土 ( F l y a s h c o n c r e t e , F A C ) 、 大掺量矿物掺合料混凝土 ( C o n c r e t e w i
2、t h h i s r c o n t e n t m i n e r a l a d m i x t u r e , H C MC ) 和绿色高耐久性混凝土( G r e e n h i g h d u r a b l e c o n c r e t e, G HD C) 在 ( 5 M g C 1 2 + 5 N a 2 S O 4 ) 复合溶液中的长期侵蚀作用与干湿循环作用下的化学腐蚀行为。结果表明, 在复合溶液的长期侵蚀作用下, G H D C具备比较好的抗腐蚀性能; 在复合溶液的干湿循环作用下, HC MC的抗腐蚀能力比较强。因此, G H D C适 合于长期的侵蚀环境中, 而HC
3、MC则更加适合于干湿交替的严酷条件。 关键词: 混凝土; 复合溶液; 化学腐蚀; 于湿循环 中图分类号 : T U 5 2 8 3 3 文献标识码 : A 文章编号 : 1 6 7 2 - 7 0 3 7 ( 2 0 0 9 ) 0 1 - 0 0 9 4 - 0 4 现代混凝土技 术正 向高性能 、 多功能方向发 展 , 在混凝土 中应用粉煤灰 、 矿渣 、 硅灰等矿物掺 和料 , 能改善混凝土的各项性能, 尤其是对其耐久 性的提高有显著效果, 并且还能节约能源和资源 、 减轻环境负荷 , 其环保意义巨大。因此 , 矿物掺和 料成为现代混凝 土材料 中不可或缺 的组分, 其应 用越来越广泛。
4、矿物掺和料混凝土的抗腐蚀性研 究 已经成为一个十分紧迫的研究课题 。 迄今为止 , 已经对混凝土在镁盐侵蚀、 硫酸盐 侵蚀等因素作用下 引发的耐久性 问题 , 进行了较 多的研究工作 , 并取得 了大量研究 成果 。但 是 , 关于 Mg C I 、 N a S O 对混凝土复合腐蚀的研究 比较少。本文主要研究了粉煤灰混凝土( F l y a s h c o n c r e t e , F A C ) 、 大掺量矿物 掺合料混凝土 ( C o n c r e t e w i t h h i g h c o n t e n t m i n e r a l a d mi x t u r e , H
5、 C M C) 和绿色高耐久性混凝土 ( G r e e n h i g h d u r a b l e c o n c r e t e, G H D C ) 在( 5 M g C 1 2 + 5 N a 2 S O 4 ) 复合溶 液的长期侵蚀作用与干湿循环作用下的化学腐蚀 行为及其规律。 1 实验 1 1 原 材 料 采用 江苏嘉新京阳水泥厂生产的 P I I 5 2 5 R 硅酸盐水 泥 , 镇江 产风选 I级粉 煤灰 ( F l y a s t i , F A) , 江苏江南粉磨公司的 $ 9 5级磨细矿渣( S l a g , S G ) , 埃肯国际贸易( 上海 ) 有限公司提供
6、的埃肯 牌微硅粉( S i l i c a f u m e , S F ) , 安徽巢湖速凝剂总厂 生产的铝酸盐混凝 土膨胀剂( A l u mi n a t e e x p a n s i o n a g e n t , A E A) , 化学成分见表 1 。南京产黄砂 , 细度 模数 2 7 2 , 属于 I I 区级配 , 中砂。南京六合产玄 武岩碎石, 属 于 51 0 m m连续级配。上海华 登 外加剂厂生产的 H P 4 O O R型聚羧酸缓凝高效减水 剂 , 该外加剂 为液体 , 减水率 3 0 以上 , 无氯 离 子 , 碱含量小于减水 剂干重的 1 。江苏省建筑 科学研究 院
7、生产的 J M B型萘系高效减水剂 , 黄 褐色粉末 , 减水 率达2 0 以上 , N a : S O 含量小于 表 1 主要原材料的化学成分 ( 质量分数 , ) 材料 水泥 FA SG AEA S F S i O2 A1 2 O3 Ca O M:s o S O3 F e 2 O3 MnO Ti O2 I L 1 3 0 1 3 O O 36 3 02 5 5 5 2 0 6 O 5 2 3 7 3 3 48 1 9 8 2 93 1 5 0 3 3 2 1 3 1 2 21 1 6 6 2 0 61 6 5 o 6 2 1 6 3 6 3 5 2 8 6 O 0 52 0 61 0 5
8、6 0 3 0 收稿 日期 : 2 0 0 8 - 0 9 - 1 2 作者简介: 周鹏( 1 9 8 4 一 ) , 男, 山西侯马人, 硕士研究生, 研究方向为混凝土抗腐蚀性, z h p n u a a 1 6 3 C O I n 。 基金项 目:国家 自然科学基金 ( 5 0 1 7 8 0 4 4) ; 江苏省 自然科学基金重点项 目( B K 2 0 0 5 2 1 6 ) 。 一 一 二m 二 4 一 一 一 一 鳃 B L 驺 一 2 0 O 6 5 4 5 5 一 O O O 1 第 1 期 周鹏等 : 混凝土在 Mg c l 与 N S O 复合溶液中的抗腐蚀性 9 5 2
9、 , 氯离子含量小于 0 O 1 。江苏省建筑科学 研究院生产的液体 J M- 2 0 0 0 c 高效引气剂, 推荐掺 量为 0 0 0 5 0 0 1 。常州市天怡工程纤维有 限公司生产的束状单丝聚丙烯纤维 , 密度 0 9 1 g m , 长度 1 9 m m, 直径 0 0 4 8 m m, 弹性模量 3 5 G P a 。北京海达工顺科技有 限公司生产 的杜强牌 高性能改性聚酯单丝纤维 l # , 密度 1 3 6 g m。 , 长 度 1 8 mm, 直径 0 0 3 0 0 6 mm, 弹性模量 l 4l 8 G P a 。北京海达工顺科技有 限公司生产的工顺牌 G S 一 2
10、0 0 5 3哑铃型钢纤维 , 长度 2 0 mm, 等效直径 0 4 5 m m, 长径 比4 4 4 , 弹性模量 2 0 0 G P a 。 1 2 配合 比 实验设计了3种混凝土: 掺加 2 0 F A的粉 煤灰混凝土 ( F A C ) 、 复合掺加 ( 4 0 F A+1 0 S G + 5 S F ) 的大掺量矿物掺合料混凝土 ( HC MC) , 以及 在 HC MC基 础 上掺 加 0 1 聚 丙烯 纤维 、 0 7 钢纤 维 、 1 0 A E A 和万 分之 0 8 J M一 2 0 0 0 c 高效引气剂的绿色高耐久性混凝土( G H D C ) 。其 中, F A C
11、与 HC MC采用 J M B型萘系高效减水剂 , G H D C采用 H P 4 0 0 R 型聚羧酸缓凝 高效减水剂。 表 2是这 3种混凝土的配合 比、 坍落度和 2 8 d立 方体抗压强度。 表 2 混凝土的配合 比和基本性能 注 :1 )J M 2 B型减水剂 ; 2 ) HP 4 0 0 R型减水剂 ; 3 )I司时还掺加 o 1 聚内烯纤维 、 o 7 钢纤维 和刀分之 o 8 J M- 2 0 0 0 c鬲效引气剂。 1 3 实验方法 相对动弹性模量和质量变化。由图 1 ( a ) 可见 , 在 本文试验统一采用4 0 m m 4 0 m m 1 6 0 m m ( 5 M g
12、 C 1 2 +5 N a 2 S O 4 ) 复合侵蚀作用下, F A C 混凝土试件, 振动成型, 标准养护2 8 d 后, 将其浸 和 H C M C试件的相对动弹性模量随着侵蚀时间 泡在质量分数为( 5 Mg C I + 5 N a S O ) 的复合 的延长而缓慢地下降 , G HD C试件的相对动弹性 溶液中, 进行化学侵蚀试验 和干湿循环试验 。干 模量在 6 6 W之前与 F A C和 H C M C类似 , 在 6 6 W 湿循环制度是 : 将试件沿长度方向垂直立放在腐 之后则呈现出增 大的变化趋势。在经历 7 7 W的 蚀溶液中, 一半浸泡在溶液中, 另一半暴露在大气 化学
13、腐蚀后 , F A C、 H C M C和 G H D C的相对动弹性 中, 每隔 3 5 d将试件颠倒方向 , 以保持试件两端 模量分别为 8 7 、 9 1 和 1 0 1 。可见 , G H D C在 的干湿循环条件是 3 5 d干 +3 5 d湿 。试验过 复合溶液的长期侵蚀作用下的抗腐蚀性更好 。 程中, 采用 N M 4 B型非金属超声波检测分析仪 测定 超 声 波 声 速 , 混 凝 土 的 相 对 动 弹 性 模 量 为 : = x l 0 0 ( 1 ) 式中, , 为腐蚀后试件 的相对动弹性模量 ( ) ; E o 、 。 为混凝土试件腐蚀前的初始动 弹性模量和 初始声速
14、; E 为腐蚀后试 件的动弹性模量 和 声速 。 采用电子天平 ( 精度 0 1 g ) 测量 混凝土试件 腐蚀过程中的质量变化率 , 按下式计算 : : 1 0 0 ( 2 ) t - t 0 式中, 为腐蚀后试件的质量损失率( ) ; G 。 和 G 分别为腐蚀前后试件 的质量( g ) 。 2 结果和讨论 2 1 混凝土的相对动弹性模量及质量变化 图 1是 3种混凝土试件在复合侵蚀作用下的 水 删 莆 莨 捌 蟋 0 2O 4 O 6 O 8 0 腐 蚀时 问 w ( a ) 相对动弹性模量 腐蚀 时问 w ( b ) 质量变化 图 l 相对动弹性模量与质量变化 们 加 加 0 6 4
15、2 O 0 4 9 6 华中科技大学学报( 城市科学版)2 O 0 9年 根据图 1 ( b ) 所示的混凝土试件质量变化规 律, 可以发现, F A C试件在复合侵蚀 2 0 W之前质 量没有变化 , 当侵蚀 时间超过 2 0 W之后由于出现 表面剥蚀现象 ( 图 2 ) , 导致试件的质量持续下降, 到 7 7 w时的质量损失率达到了 3 4 5 。混凝土 在化学侵蚀作用下的表面剥蚀现象 , 是膨胀性的 化学腐蚀产物 Mg ( O H) :和 A F t 在表层混凝土的 内部孔隙 中结 晶、 生 长、 并 形成微 裂纹 ( 腐蚀 裂 纹 ) 及其扩展的必然结果。 ( a ) F A C (
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