混凝土抗硫酸盐侵蚀研究综述.pdf
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1、文章 编号 :1 0 0 7 0 4 6 X ( 2 0 1 4 ) 0 2 0 0 4 0 0 3 生态建材 混凝土抗硫酸盐侵蚀研究综述 R e s e a r c h S u mm a r y o f S u l p h a t e E r o s i o n R e s i s t a n c e t o C o n c r e t e 吴丹虹 天 耻 ( 上海工业投资 ( 集团)有限公司 ,上海2 1 0 0 4 0 ) 摘要:从混凝土硫酸盐侵蚀类型、侵蚀速度的影响因素出发 ,系统总结了国内混凝土硫酸盐侵蚀的研 究现状及常 用预防保护措施,深入分析 了已有研究中存在 的若干问题,并为以
2、后的研究提 出了建议。 关键词 : 中图分类号 :TU 5 2 8 3 3 文献标志码 :A 0 前 言 硫酸盐侵蚀会导致混凝土膨胀变形及强度、刚度等力 学性能降低,并显著地降低结构的承载能力,使结构安全 性下降,现已成为影响混凝土结构耐久性的一项重要因素。 我国东部沿海的重盐渍土、海洋、内陆盐湖、地下水、工 业废水中均含有硫酸盐,这些地区的混凝土工程的耐久性 都经受着硫酸盐侵蚀的严峻考验。由于材料性能劣化,结 构在未达到设计使用寿命前就提前退出服役,造成了人力 和财力的极大浪费。 1 混凝土硫酸盐侵蚀的类型 混凝土结构遭受硫酸盐侵蚀以后,有可能会导致体积 膨胀, 表面出现开裂、剥落,力学性能
3、严重下降。由于破 坏机理不同,混凝土侵蚀的类型包括以下几种。 ( 1 ) 钙矾石 ( A F t ) 结晶型侵蚀。侵入混凝土内部孑 L 隙的硫酸盐能与水泥石中的 C a ( O i l ) , 作用生成硫酸钙,硫 酸钙再与水泥石中水泥水化产物 一 水化铝酸钙反应生成 高硫型水化硫铝酸钙,俗称钙矾石 ( A F t )。由于硫酸盐 侵蚀生成的钙矾石是在原固相水化铝酸钙的表面形成,从 而使固相体积显著增大 ( 约 2 5倍 ) 而导致水泥石开裂。 钙矾石膨胀破坏的特点是混凝土试件表面出现少数较粗大 的裂缝。混凝土孑 L 隙水溶液p H值越高,钙矾石的膨胀越 显著。 ( 2 ) 石膏结晶型侵蚀。当侵
4、蚀溶液中s O 一 浓度相当 4 0 C0 ASH 2 2 01 4 高 ( 8 0 0 0 m g L) 时,水泥石中的毛细孔为饱和石灰溶 液所填充,不仅有钙矾石生成,而且在水泥石内部还会有 二水石膏结晶析出。C a ( O H ) , 转变为石膏,体积增加1 2 4 倍。而水泥水化产物中的C a ( O H ) , 不仅是水化硅酸钙凝胶 ( C - S H) 等水化产物稳定存在的基础,而且它本身也是 硬化水泥浆体的重要组成部分,因此外部硫酸盐的侵入破 坏了原有固相结构 ,并导致膨胀。 ( 3 ) 硫酸盐结晶型物理侵蚀。当混凝土孔隙溶液中硫 酸盐浓度足够高时会结晶析出,N a S O 结晶为
5、N a S O I O H 0 , M g S O 结晶为 M g S O 4 7 H 0 ,体积显著膨胀,造成结晶压 力,导致混凝土开裂。 ( 4 ) 碳硫硅钙石型侵蚀 ( T S A)。国外已有不少关于 碳硫硅钙石 ( C a C O 3 C a S i O 3 C a S O 1 5 H , 0)型硫酸盐侵蚀 ( 简称 T S A)导致工程破坏的报道。一般的硫酸盐侵蚀 ( A F t 结晶型、石膏结晶型、硫酸盐自身结晶物理型侵蚀 ) 破坏主要是导致混凝土结构物体积膨胀、开裂以至破坏。 T S A则是直接导致 c s H凝胶解体,逐渐由表及里使水 泥石变为无强度、无粘结力的砂石混合物,其破
6、坏性较传 统硫酸盐侵蚀更强。T S A经常发生于采用石灰石质集料拌 制的混凝土中,其劣化程度随石灰石粉末含量增加而加剧。 ( 5 ) M g S O 双侵蚀型。当侵蚀溶液中s 0 一 和 M g + 共 存时,将发生 M g S O 双侵蚀破坏,其原因是 Mg 和s 0 一 均为侵蚀源,二者破坏效应相互叠加构成严重的复合侵蚀。 M g 型侵蚀与 N a 型侵蚀的区别在于:M g 侵蚀使 c s H 置换成 c M H, 使混凝土只能产生微小的膨胀,更多的表 现为强度、刚度和粘结力的降低,混凝土变脆;N a + 型侵 蚀主要还是生成钙矾石或者石膏,会产生较明显的膨胀。 2 混凝土硫酸盐侵蚀的影响
7、因素 混凝土遭受硫酸盐侵蚀的影响因素分为内部因素 ( 材 料因素 ) 和外部因素 ( 环境因素),如图1 所示。内部因 素即混凝土自身的性质,外部因素在试验室研究时为混凝 土硫酸盐侵蚀的试验条件,现场研究时为混凝土工程的服 役环境。内部因素和外部因素共同影响着硫酸盐对混凝土 的侵蚀速度。 图 1 硫酸盐侵蚀 因素分析 2 1 内部因素 ( 1 ) 水泥化学组成。混凝土抗硫酸盐侵蚀能力在很大 程度上取决于水泥熟料的矿物组成及其相对含量,尤其取 决于c A和 C s的含量,因为c A水化析出水化铝酸钙是 形成钙矾石的必要组分,c s水化析出大量 C a ( O H ) , 是形 成石膏的必要反应相
8、,降低 C A和 C s的含量也就相应地 减少了形成钙矾石和石膏的可能性,从而可以提高混凝土 的抗硫酸盐侵蚀的能力。 抗硫酸盐水泥标准规定 C A 5 ,C S 5 0 ,C A + C A F 2 2 ,高抗硫酸盐水泥的C A 3 5 ,这两种水泥的 c A 含量较低,所以抗钙矾石结晶侵蚀破坏的能力较强。 但是,它们不能有效解决所有类型的硫酸盐侵蚀问题,例 如 T S A型和石膏结晶型硫酸盐侵蚀。 ( 2 ) 掺合料种类。活性掺合料中含有大量活性 S i O , 和活性 A 1 , O ,掺入粉煤灰、矿渣、硅灰等混凝土的抗侵 蚀能力得到提升。采用这几种活性掺合料的双掺、混掺, 以及它们各自与
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