氯离子对硫酸根离子在混凝土中扩散的影响.pdf

2 0 1 5 年 第 1期 ( 总 第 3 0 3 期 ) Nu mb e r 1 i n 2 0 1 5( T o t a l No ． 3 0 3 ) 混 凝 土 Co n c r e t e 理论研究 THE0RET I CAL RES EARCH d o i ： 1 0 ． 3 9 6 9 ~ ． i s s n ． 1 0 0 2 - 3 5 5 0 ． 2 0 1 5 ． 0 1 ． 0 1 7 氯离子对硫酸根离子在混凝土中扩散的影响 王展飞， 杨鼎宜，俞君宝。 李鹏 ( 扬州大学 建筑科学与工程学院， 江苏 扬州 2 2 5 0 0 9 ) 摘要： 研究了不同氯离子浓度对硫酸根在混凝土中扩散的影响， 以单一硫酸根离子浓度溶液、 不同氯离子浓度与硫酸根离子 为复合溶液作为侵蚀溶液对混凝土试块进行连续浸泡， 采用比浊法对一定龄期的混凝土中的硫酸根离子含量进行测定 ， 结果表 明： 氯离子的存在并不改变硫酸根在混凝土中的扩散规律 ， 即硫酸根随着侵蚀深度的增加含量逐渐减少 ； 氯盐浓度变化对硫酸根 在混凝土中的扩散速度有较大的影响， 硫酸根在混凝土中扩散速度随着氯盐浓度的增加而下降。 关键词： 混凝土 ； 氯离子 ； 硫酸根离子； 扩散速度 中图分类号： T U 5 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 5 ) O 卜0 0 6 8 — 0 4 Chlor i d e l o n h a s a n e ff e c t o n t h e di f f u s i o n o f t h e s u l f a t e I O n I n t h e c o n c r e t e WANG Zh a r ~e i ， Y= 4^ 『G Di n g y i， YU J u n b a o， LIPe n g ( C o l l e g e o f Ar c h i t e c t u r a l S c i e n c e a n d E n g i n e e r i n g， Yang z h o u Uhiv e ~i t y ， Ya n g z hou 2 2 5 0 0 9， C h i n a ) Ab st t a ct ： I t s t u d i e d t he d i f f e r e n t c o n c e n t r a ti o n o f c h l o r i d e i o n d i flu s i o n i n the s u l f a t e i o n i n the c o n c r e te， the i n flu e n c e o f s i n g l e s u l f a t e i o n c o n c e n ~a ti o n i n s o l uti o n， d i ffe r e nt c h l o r i d e i o n c o n c e n tra ti on an d s ulf a te i o nc o mp o u n d s o l u t i o n f o r e r os i o n s o l u t i o n u n d e r c o n tin u o u s s oa k i n g o n c o n c r e t e t e s t bl o c ks ， an d b y t u r bi d i me t r i c me tho d t o a c e r t a i n a g e o f s u l f a t e i o n c o nt e n t i n c o n c r e t e we r e me a s u r e d， t h e r e s u l t s s h ow tha t the e x i s t e n c e o f c h l o r i n e i o n do e s n o t c h a n g e t he dif f u s i o n r ule o f s u l f a t e in t he c o nc r e t e， the s u l f a t e g r a d u a l l y r e d u c e wi t h t h e i n c r e a s e o f e r o s i o n d e p th o f c o n t e n t ； Ch l o r i n e s alt c o n c e n t r a ti o n c h a n g e s o f s u l f u r i c a c i d r o o t ， the i n f l u e n c e o f t h e d i f fus i o n v e l o c i t y i n c o n c r e t e h a v e l a r g e r s u l f a t e d i f f u s i o n v e l o c i ty i n c o n c r e t e i n c r e a s e d wi t h the i n c r e a s e o f c h l o r i n e s a l t c o n c e n tr a ti o n d e c r e a s e d ． Ka y wor ds： c o n c r e t e； c h l o r i de i o n； s u l f a t e i o n； d i f f us i o n v e l o c i t y 0 引言 混凝土是目前使用最广泛的结构材料 ， 其耐久性将直 接影响着结构 的安全性 、 可靠性 、 耐久性 ， 国内外对混凝土 耐久性进行 了大量 的研究 ， 取得 了相 当多 的研究成 果。 混 凝土硫酸盐侵蚀是危害性较大的一种侵蚀性介质破坏， 也 是影响混凝 土耐久性 的重要因素之一 ， 同时还是影 响因素 最复杂 、 危害性最大 的一种环境水侵蚀 。 我 国沿海海水 硫酸盐含量约 1 4 0 0 ~ 2 7 0 0 mg ／ L， 因此沿海地带的跨 海大 桥以及众多海洋工程都将受到硫酸盐的侵蚀破坏 。 硫酸根 侵入混凝土内部 空隙 中与混凝土 中的水泥水化产 物铝 酸 钙发生反应 ， 产生以钙矾石 、 石膏为主的腐蚀产物 ， 当因腐 蚀产物 的膨胀力超过混凝土的抗拉强度时 ， 混凝土就会出 现开裂现象， 导致恶性循环。 由于混凝土材料的多孔性和亲水性， 硫酸根侵入混 凝土内部主要有三种途径 ： 渗透、 毛细作用、 扩散 ， 其 中 扩散是最 主要 的侵 入方 式。 在外 界环 境 的影 响 下 ， 硫 酸 根离子侵入混凝 土 中的扩散 速度会 发生 变化 ， 同时硫 酸 根离子扩散速 度 在研 究混 凝 土受 硫 酸盐 侵蚀 下 的寿 命 收稿 日期 ： 2 0 1 4 —0 7 —1 1 预测中是 一个很 重 要 的影 响 因素 ， 因此 ， 研 究 外界 环 境 对硫酸根在混凝 土 中扩散 的影 响非常 重要 ， 国 内外 在侵 蚀方式、 混凝土强度等级、 硫酸根浓度对硫酸根离子在 混凝土中传输 的影 响 以及 氯 离子 与硫 酸 根离 子 交互 作 用下 的相 互 影 响 都进 行 了研 究 ， 并 取 得 了一定 的研 究 成果 。 1 硫酸根在混凝土中的传输 受外界环境的影 响研 究 1 ． 1 侵蚀 方式对硫 酸根在 混凝土 中传输 的影响 目前 由于试验室条件的限制 ， 在研究侵蚀方式对硫酸 根在混凝土传输影 响主要 以干湿循环 和连续浸泡两 种方 式 ， 相 比连续浸泡 ， 千 湿循 环方式加速 了硫 酸根在混凝 土 的传输 ， 这是因为在混凝土在干湿循环侵蚀方式中， 在 浸泡状态时硫酸根由于混凝土的内部空隙， 通过扩散、 渗 透等方式传输到混凝土内部， 一部分与水泥水化产物发生 反应生成钙矾石、 石膏等侵蚀产物， 一部分未发生反应的 硫酸钠滞 留在孔隙 中， 后期 由于混凝 土处于干燥 状态 ， 水 分被蒸发 ， 滞留在混凝土孔 隙中的硫酸钠会 因毛细作用到 基金项目： 国家重点基础研究发展计划( 9 7 3 ) ( m O 9 C B 6 2 3 mO ) ； “ 十--：ff ” 国家科技支撑计划( 2 0 1 2 B A J 2 0 B o 1 ) ； 水利部公益性行业科研专项( 2 0 1 2 0 1 0 0 5 ) ； 江苏省高校优秀中青年教师和校长境外研修计 划资助 68 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 达混凝土表面形成结晶体 ， 一旦盐晶体达到超饱和状 态 ， 就会 出现结晶压力 ， 同时 由于水分 的减少 ， 腐蚀产物 的 膨胀作用和混凝土内部的孔隙收缩应力叠加 造成混 凝土原有孔 隙产生拉应力 ， 并 最后导致新 裂缝 的形 成 ， 如 此反复作用出现恶性循环现象， 加速了硫酸根侵入混凝土 内部 。 F l a t t 在试验中表 明盐 晶体在水 分减少 的情况下 在球形孔 隙和 圆柱形孔 隙中产生 的环向拉应力分别为 2 0 、 1 0 MP a ， 此环 向拉应力 已足够使混凝 土开裂 。 李凤 兰 通过对干湿循环 和连续浸泡 两种侵蚀方 式 进行研究 ， 结果表 明在 侵蚀龄期相 同时 ， 在相 同深度 处干 湿循环与连续浸 泡相 比， 硫酸根 的含量 增高 ， 干湿循 环加 速 了硫酸根对混凝土的侵蚀 。 李长乐 在干湿循环试验 中指 出处 于干湿循环 下 的 混凝土会 因在干燥状态 时 的结 晶破坏 造成混凝 土裂缝 的 出现和表层的剥落 ， 加剧 了在溶液 中硫酸根离子对混凝土 的破坏。 汪廷秀、 高建明 用环境扫描 电镜 ( E S E M ) 对于湿循 环 和 自然浸泡 ， 结果表 明干湿循环加剧 了硫酸盐对混凝土 的侵蚀。 因此 ， 干湿循环和连续侵蚀 浸泡相 比 ， 在干湿循 环侵 蚀方式 中， 混凝土除了受到与连续 浸泡相 同的硫酸根与水 泥水化产物的化学反应侵蚀外 ， 还受 到在 干状态 的盐结 晶 的物理破坏 ， 对混凝土具有更大的破坏性 。 1 ． 2 混凝土强度等级对硫酸根在混凝土中传输的 影响 根据工程实际 ， 在试验中对硫酸盐 的侵蚀研究涵盖 了 从低到高的混凝土强度等级， 高强度混凝土由于水灰比较 小， 混凝土内部孔隙在一定程度上得到优化、 较为密实， 阻 碍了硫酸根在混凝土中的传输， 有研究表明在侵蚀前期在 混凝土表层硫酸根出现富集现象， 并且随着混凝土强度等 级 的提高富集现 象更 为明显 ， 这 是 由于相 比低 强度混 凝 土 ， 高强度混凝土 内部孔 隙的优化 以及 随着硫酸盐侵蚀产 物的生成填充 了混凝土内部 的孔 隙 ， 减少 了硫酸根侵入混 凝 土的通道 ， 并且 随着侵蚀龄期 的加长 ， 大量 的硫 酸根 聚 集在混凝土表层， 出现富集现象。 高润东 通过 对 四种 W／ C( 0 ． 5 7 、 0 ． 4 4 、 0 ． 3 5 、 0 ． 2 8 ) 研究 ， 试验结果 表 明对应 上述 四种水 灰 比的混 凝土前 两 层硫酸根的含量 分别 为 3 ． 4 2 ％和 2 ． 9 1 ％， 3 ． 1 ％和 2 ． 6 2 ％， 2 ． 8 6 ％和 1 ． 5 2 ％， 2 ． 7 1 ％和 1 ． 0 2 ％， 由于高强混凝土 内部由于 在一定程度上 得到优 化 ， 有利 于抵 抗硫 酸根 对混凝 土 的 侵蚀 。 余振新， 高建明 。 。 研究混凝土在荷载 一千湿循环 一 硫酸盐三因素作用下的损伤 ， 结果表明混凝土强度等级越 高， 混凝土抵抗硫酸根的侵蚀能力越强。 梁 咏宁 在研 究硫酸 根在混凝 土 中的扩 散系数 ， 结 果表明 ： 硫酸根在混凝土中的扩散系数随着水灰 比的增 大 呈线性增大趋势。 混凝土 内部缺陷是硫酸根离子能够进入混凝土并 与水化产物进行 反应 基础 ， 因此混 凝土 强度 等级对 于研 究硫酸根 离子 在 混凝 土 中 的扩散 是 非常 重要 的影 响 因 素 ， 是混凝土受硫 酸盐 侵蚀 寿命 预测 中不可缺 少 的研究 因素。 1 ． 3 溶液 中硫酸根浓度对硫酸根在混凝土中传输 的影响 在试验 中硫酸根浓度 在硫酸根 的传输 中扮演 着很重 要的角色， 由于硫酸盐浓度 的不同 ， 混凝土 内外 的浓度梯 度就不同， 并且随着侵蚀浓度 的加 大浓度梯度增 大 ， 最后 造成硫酸根扩散驱动力的不同。 硫酸根在混凝土传输深度 上随着硫酸盐浓度 的不同也发生着变化 ， 低 浓度混凝土 的 侵蚀深度要大于高浓度的侵蚀液， 由于高浓度的侵蚀液扩 散驱动力较大更易传输 到混凝 土 内部与水化产 物发生反 应 ， 但是侵蚀产物会减少混凝 土内部 的孔 隙， 阻碍 了硫酸 根进一步传输 到混凝 土更深 处 ； 相 比与 高浓度 硫酸 根溶 液， 低浓度硫酸根离子更容易沿着混凝土内部的缺陷向混 凝土更深处传输 ， 但是低浓度和高浓度侵蚀液相比在侵蚀 龄期和深度相同处 ， 硫酸根含量要小 。 S a n t h a n a m 通过研究混凝土的膨胀速率与硫酸钠溶 液浓度的关系 ， 研 究表 明在膨胀 过程 的两个 阶段 中 ， 硫酸 根离子的浓度不改变第一阶段 的膨胀 速率 ， 但改变 了第二 阶段的膨胀速率。 孙迎召 ， 牛荻 涛 采用 超声平 测法对 混凝土 的损伤 厚度进行测量 ， 研究 了硫酸钠 侵蚀溶液 浓度分别为 ( 1 ％、 5 ％、 1 0 ％) 情况下对混凝 土的损伤 ， 结果表 明： 超声 波速随 着硫酸根浓度的升高而减少， 高浓度硫酸根加速了混凝土 的损伤。 张柬 ， 浦海 通 过对硫 酸盐在 混凝 土 中的扩 散过程 进行研究 ， 利用 F I C K定律建立 了硫 酸根在 混凝土 中扩散 的数值分析模型， 结果表明： 在侵蚀龄期和相同深度处， 硫 酸根离子 的质量分数随着水胶 比的增大而增大 。 金海军 ， 于继 寿 通过研 究混凝 土在冻 融 一干湿循 环 一 硫酸盐 耦合作 用下 的损伤 ， 结 果表 明硫酸 根浓 度对 混凝土 受到 冻融 一干湿 循环 破坏 的影 响存 在 临界值 为 4 ． 7 ％， 当硫酸根浓度小于 4 ． 7 ％时， 混凝土在冻融 一 干湿循 环下 ， 相对动 弹性模 量损失 随着硫 酸根 浓度 的增 大而增 大 ， 质 量 损失 随着 硫酸 根浓 度 的提高 而减 小 ； 当硫 酸根 浓度大于 4 ． 7 ％时对混凝土受 到冻融 一干湿循环 的影响并 不大 。 目前对单一硫 酸根浓度 的研究 比较多并且 普遍得到 的结论是硫酸根浓度 的提高加速 了混凝土 受硫 酸盐 的侵 蚀 ， 但是对硫酸盐与多种因素耦合作用下的研究还 比较缺 乏 ， 对多因素耦合作用 的损伤机理及破坏过程并没有一直 的结论 ， 还需要进一步研究 。 1 ．4 氯盐与硫酸盐在混凝土中交互作用扩散的研究 目前 对 于硫 酸 盐与 p H、 碳 化作 用研 究 的 比较 多并 取得了一系列成就， 但是国内外对混凝土在硫酸盐和氯 盐的交互作用下 的损伤 研究并 不 多见 ， 对硫 酸盐 和氯盐 在混凝土的扩散研究 尚没有统一的认识 。 扩散是 c l 一 ．69 ． 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 和 S O 一 侵蚀混凝土的主要途径之一， 在混凝 土扩散能 力方面 c l 一 要高于 S O 一两个数量级， 但是在与水化铝 酸钙的结合能力上s 0 一 要优于c l 一 。 众所周知C 1 一 、 s o ： 一 在与水化铝酸钙发生反应时产物分 别为 F r i e d e l 盐 和 A F t 盐 。 有研究表 明 C l 一 的存 在 因两 者扩 散能 力 的不 同 c 1 一 先与铝酸钙结合时有利于混凝土抵抗硫酸盐侵蚀， S O ： 一 的存在在侵蚀初期 因侵蚀 产物的生成填实 了混凝土 内部空隙 ， 造 成 C l 一 扩 散 系数 的 降低 ， 此 时有 利 于抵 抗 氯盐的侵蚀 ， 但 是 随着侵 蚀 龄期 的加长 ， 混凝 土 因硫酸 盐侵蚀 产 物 的膨 胀 破 坏 出现 裂缝 ， 此 时加 速 了 c 1 一 的 侵蚀。 国内外对 硫 酸根 的存 在 对氯 离 子在 混 凝 土 中的 扩 散进行了大 量 研 究。 金 祖权 将 O P C 和 MP C 浸 泡 在 ( 3 ． 5 ％ N a C I ) 单一溶液、 ( 5 ． 0 ％ N a 2 S O 十 3 ． 5 ％N a C 1 ) 复合溶 液中通过研究硫酸盐对氯盐的扩散影响效果表明： 硫酸盐 的存在降低了氯盐的扩散速度， 有利于提高混凝土抗氯离子 扩散的能力。 陈晓斌 在试验中用 ( 3 ． 5 ％N a C I + 5 9 ~ N a 2 S O 4 ) 侵蚀溶液同样得到了相同的结论 ， 指出硫酸盐 的存在并不 影响氯盐的扩散规律 ， 仅仅是降低了氯盐在混凝土 中的扩 散速度 。 T u m i d a j s k i 通过对普通 混凝 土和 矿渣混凝 土在 硫 酸根和氯离子侵蚀进行研究 ， 结果表明硫 酸根 的存在较少 了氯离子对普通混凝土的渗透深度 ， 但 加大了氯离子在矿 渣混凝土的渗透深度 。 国内外 对 氯离 子 的存 在对 硫 酸根 扩散 的影 响研 究 并不多 ， 主要 还是从宏 观上研 究 氯离子 对硫酸 根离 子侵 蚀混凝 土 的影响 。 O ma r m 通过试验证 明了溶液 中的氯 离子有利于延缓硫 酸根对混凝土 的侵蚀。 黄 文新。 如 在用 c 1 一 ( 7 2 0 3 m g ／ L)+ s 0 一 ( 2 8 0 5 mg ／ L ) 的复合溶 液侵蚀 混凝土 的试验 中表 明 由于扩 散能力 的不 同 c l 一 先 与铝酸 钙生成 的 F r i e d e l 盐 ， 能填补混泥土 内部 的孔 隙， 使混凝土 更密实， 同时钙矾石会因 c l 一 的存在溶液度加大， 减少了 硫酸盐侵蚀混凝土生成钙矾石对混凝土的膨 胀破坏 ， 在前 期有利于混凝土抵抗硫酸盐的侵蚀 ， 但是随着 侵蚀龄期 的 加长高浓度的硫酸根含量会在混凝土 中大量生成钙矾石 、 石膏等对混凝土造成破坏 。 杨鼎宜 课 题组 通过 混凝 土 的动 弹性模 量 的宏 观变化 研 究 了混 凝 土在 单 一 硫 酸根 溶 液、 氯 盐 +硫 酸 盐双因素下对混 凝土 的损伤 ， 在 相 同的侵 蚀龄期 内单一 硫酸根 溶液 中的动弹性 模量先增 加后减 少 ， 但是 双 因素 下混凝 土 的动 弹性模量 一直在缓 慢增加 ， 以此来 证 明氯 盐的存 在 有利 于 混 凝 土抵 抗 硫 酸盐 侵 蚀 破 坏。 但 是 刘 惠兰 在进 行砂 浆 试 验 中得 出， 氯 离 子虽 然 在 侵蚀 初 期缓解了硫酸盐 的侵蚀， 但是如果氯离子浓度过高， 在 混凝土内部会形成氯铝酸盐， 同样会造成混凝土的膨胀 破坏 。 虽然国内外对氯离子和硫酸根离子交互作用下对混 7 0 ． 凝土的损伤进行 了研究 ， 但是对 于两者交互作用下对 混凝 土 的破坏机理还没有很清晰的结论 ， 是单纯的两者在 混凝 土 中的物理影响还是两者在混凝 土中发生了某种化学作 用还有待研究 。 目前对于单一硫 酸盐对 混凝土 的侵蚀 国 内外都取得 了大量的成果， 但是对于多因素下硫酸盐对于混凝土的侵 蚀研究不多 ， 对于硫酸盐侵蚀混凝土的损伤评价指标也没 有很好的定义， 这都需要进行进一步研究。 对于硫酸根离子对氯离子在混凝 土中的扩散 国内外 都有一定量 的研究 ， 但是对 于氯离子的存在对硫酸根在混 凝 土中的扩散研究还很缺乏。 本研究以单一硫酸根离子浓 度溶液 、 不同氯离子浓度 + 硫酸根离子下的复合溶液为试 验方法对不同氯离子浓度对 硫酸根离子在混凝 土中的扩 散速度进行研究 ， 为研究硫酸盐在混凝 土中的扩散系数提 供理论参考。 2试验 内容与方法 2 ． 1 试 验 内容 主要研究在氯盐 和硫酸盐 双因素侵蚀下 不 同 c 1 一 浓 度对s o l 一 在混凝土中扩散的影响。 2 ． 2 材料 与配合 比 材料选用 P O 5 2 ． 5 级水泥 ； 拌和水采用 自来水 ； 所用 细骨料 的细度模量为 2 ． 5 - 2 ． 6 ； 粗 骨料选用 5 ～ 2 0 I T I I T I 连续 级配 ， 最大粒径不超过 2 0 m m； 减水剂 为苏博特聚羧酸类 高效减水剂。 腐蚀溶液分别为 5 ％N a ~ S O 溶液、 5 ％N a 2 S O 4+3 ． 5 ％ N a C 1 溶液、 5 ％ N a ~ S O 4 + 1 0 ％ N a C 1 溶液。 试验采用强度等级为 C 5 0的混凝土立方体试块 ， 其尺 寸为7 0 r f l n l 7 0 n u n 2 1 0 r l l l l l ， 配合比见表 1 ， 浇筑成型 后 2 4 h后脱模 ， 在标准养护条件下养 护 2 8 d后用环 氧树 脂将试块密封 ， 保证单面侵蚀。 表 1 试块配合比 2 ． 3试 验 方 法 将养护后的试块放入放入 5 ％ N a ~ S O , 溶液、 5 ％N a ： S O ． + 3 ． 5 ％ N a C I 溶液、 5 ％N a 2 S O +1 0 ％N a C 1 溶液， 分别在 6 0 、 9 0 、 1 2 0 、 1 5 0 d测试各层混凝土 中硫酸根 的含量 ， 其测试深 度分别为 0 - 6 、 6 - 1 2 、 1 2 - 1 8 、 1 8 — 2 4 IT l n l ， 将 试块到测试 侵 蚀龄期后取 出， 自然风干 ， 试样粉末采用 切片取样 的方法 ， 将混凝土试块切片后放入研钵中破碎使其通过孔径为 0 ． 6 3 ml n 的筛子。 采用比浊法分层测定硫酸根在混凝土中 各层的百分含量， 符合 G B ／ T 5 0 1 2 3 --1 9 9 9 ( 土工试验方法 标准》 。 2 ． 4 试验结果分析 试验采用 比浊法测定混凝土中硫酸根含量 ， 得到不同 侵蚀龄期硫酸根含量随氯离子浓度变化的关系如图 1 ： 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 深度 ／ ram ( a ) 6 0 d 深度 I mm ( b ) 9 0 d 深度 ／ ram ( d ) I 5 0d 图 1 氯离 子浓 度对 硫酸 根浓 度 的变化 影响 由图 1 可知 ， 硫酸根离子的传输速度与氯离子浓度存 在一定的相关性。 由于混凝土 材料 的多孔性 ， 在氯盐 和硫 酸盐复合作用中， 氯离子的扩散速度大约是硫酸根离子扩 散速度的 1 0 ~ 1 0 0倍 ， 在双因素作用下 ， 氯离子率先扩散到 混凝土内部 ， 与混凝土的水化产物反应生成 F r i e l d ， 填充了 混凝土内部 的孑 L 隙， 使 混凝土得到一 定程度上 的优 化 ， 减 少了硫酸根侵蚀混凝土内部的通道 ， 阻碍了硫酸根在混凝 土中的扩散。 因此， 从图 1 可以看出氯离子的存在并不改 变硫酸根在混凝土中的浓度变化 规律 ， 即随着侵蚀深度 的 增加 ， 硫酸根含量逐渐减少， 但是氯离子的存在影响了硫 酸根在相 同侵蚀深度的含量 ， 即在相同侵蚀深度硫酸根含 量随着氯离子浓度 的增大而减少。 同时高浓度 的氯盐相对 于低浓度氯盐 ， 存在较大的浓 度梯度， 使高浓度氯盐存在较大的扩散驱动力， 从而在扩 散驱动力的作用下 ， 较 多的氯盐侵入混凝 土 内部 ， 更有利 于减少硫酸 根 的扩散 。 因此 ， 从 图 1 三种 浸泡溶液可 知 ， 氯盐浓度变化对硫酸根在混凝 土中的含量有较大的影响 ， 并且 随着氯离子 浓度 的增加 ， 对 硫酸 根 的扩 散速 度影 响 越大 ， 硫酸根在混凝土 中扩散速度 随着氯盐浓度的增加 而 减少 。 3 结 论 从本研究可 以得出 ： ( 1 ) 干湿循环 、 硫酸根 离子浓 度的增大加速 了硫 酸盐 对混凝土的侵蚀 ， 提高混凝土强度等级 、 氯离子 的存在 有 利于加强混凝土抗硫酸盐侵蚀的能力。 ( 2 ) 硫酸根 的存在对氯离子 的影响随着侵蚀龄期的增 长而影响不同 ， 在侵蚀前期提高了混凝土抵抗氯离子侵蚀 的能力， 但侵蚀后期硫酸根的存在加速了氯离子的侵蚀。 ( 3 ) 从本试验可 以得出 ： 混凝 土在氯盐和硫 酸盐溶 液 双因素侵蚀下， 氯盐的存在不改变硫酸根在混凝土中的扩 散规律 ， 硫酸根含 量随着侵蚀深度 的增 加而减少 ； 硫 酸根 在混凝土 中的含量受氯盐浓度的不 同影 响较大 ， 硫酸根在 混凝土中的扩散速度随着氯离子浓度的增大而下降。 参考文献： [ 1 ]武志刚 ， 王彩瑞． 混凝土硫酸盐侵蚀试验 中的思考E J 3 ． 化学工 程与装备 ， 2 0 0 8 ( 6 ) ： 7 7— 7 8 ． [ 2 3 C O D Y R D， C O D Y A M， S P R Y P G， e t a 1 ． R e d u c t i o n o f c o n c r e t e d e t e rio r a tio n by e t t r i n g i t e us i n g c r ys t a l g r o wt h i n hi b i t i o n t e c h n i — q u e s t R 3 ． I o w a ： I o w a S t a t e U n i v e r s i t y ， 2 0 0 1 ． [ 3 ]姬永生， 袁迎曙． 干湿循环作用下氯离子在混凝土中的侵蚀过 程分析r J -]． 工业建筑， 2 0 0 6 ， 3 6 ( 1 2 ) ： 1 6— 2 3 ． I- 4 ]N I C H O L A S T ， R O B E R T J F ， G E O R G E W S ． C r y s t a l l i z a t i o n — d a ma g e b y s o d i u m s u l f a t e [ J ] ． J o u r n a l o f C u l t u r a l H e r i t a g e ， 2 0 0 3 ( 4 ) ： 1 0 9—1 1 5 ． [ 5 ] F L A T T R J ． S a l t d a m a g e i n p o r o u s ma t e r i a l s ： h o w h i g h s u p e r s a — t u r a t i o n s a l e g e n e r a t e d[ J ] ． J o u r n a l o f C rys t a l G r o w t h ， 2 0 0 2 ， 2 4 2 ( 3 ， 4 ) ： 4 3 5 — 4 5 4 ． I- 6 ]李凤兰， 马利衡， 高润东， 等． 侵蚀方式对硫酸根离子在混凝土 中传输的影响[ J ] ． 长江科学院院报， 2 0 1 0 ， 2 3 ( 7 ) ： 6 2— 6 5 ． I- 7 -]李长永， 贾春燕， 高润东， 等． 干湿循环下硫酸根在混凝土中的 传输规律研究[ J ] ． 人民黄河， 2 0 0 9 ， 3 1 ( 1 2 ) ： 1 1 4— 1 1 5 ． [ 8 ]汪廷秀 ， 高建明 ， 丁平华 ， 等． 干湿交替作用下混凝土抗硫酸盐 侵蚀性能研究I- J ] ． 混凝土与水泥制品， 2 0 1 1 ， 2 ( 2 ) ： 1 7— 2 1 ． r 9 - ] 高润东 ， 赵顺波 ， 李庆斌 ， 等． 干湿循环作用下混凝土硫酸盐侵 蚀劣化机理试验研究[ J ] ． 土木工程学报， 2 0 1 0 ， 4 3 ( 2 ) ： 4 8 — 5 4 ． [ 1 0 7 余振新， 高建明， 宋鲁光， 等． 荷载 一干湿交替 一 硫酸盐耦合作 用下混凝土损伤过程I- J ] ． 东南大学学报 ： 自然科学版 ， 2 0 1 2 ， 4 2 ( 3 ) ： 4 8 7— 4 9 1 ． [ 1 1 ] 梁咏宁， 王 佳， 孔海新， 等． 混凝土硫酸根离子扩散系数的研 究[ J ] ． 混凝土， 2 0 1 1 ( 3 ) ： 1 1 —1 3 ． 下转第 7 8页 71 《 蛏 链樨 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 随着 水 化 继续 进 行 ， 毛 细连 通 孔 被 水 化 产 物 不 断 填充 ， 试样结构 相对致 密。 钙矾 石 晶体继 续长 大的 同时 ， 部分钙矾石晶体发生脱硫反应生成单硫 型水化硫铝酸 钙 ( A F m) ， 其呈片状或丝状均匀分布在水化产物 中。 水 化 龄期 7 d ， 净浆粉煤灰玻璃体 中存在不饱和键 的活性 S i O 在激发下 ， 发生水化反应 ， 生成具有 高长径 比棒状 I 型 c - s — H凝胶沉积在粉煤灰颗粒表面； 当水化龄期 2 8 d时， 净 浆结构致密且大孔径孔消失， 大量孔径小于 0 ． 1 m孔分 布于水化产 物 中。 同时 ， 由于附 着在 粉煤 灰颗 粒表 面 的 c — s - H 凝胶 密实性 低 ， 净 浆 中水 、 O H一 及 s O 一透 过覆 盖 层， 使玻璃体继续分解， 提高水化反应速率， 形成大量水 化产 物 并填 充 在 粉 煤灰 与 水 泥 界 面， 使 净 浆结 构 更 加 致密 。 3结论 ( 1 ) 对掺 4 ％速凝剂 ， 水胶 比为 0 ． 4 3水泥净浆在 不 同 水化龄期进行 X R D分析 ： 水化初 期 阶段 ， 水 泥 中石 膏与 速凝剂中N a A I O 和 N a 2 C O ， 反应并被消耗 ， 使其缓凝作 用消失， 净浆迅速终凝； 同时， 净浆孔溶液 中Na 、 C a “、 [ A I ( O H) ] 一 、 S O 一及 C A H晶体相互反应生成大量钙矾 石和钠长石。 随着水化进行 ， C a ( O H) 及玻璃相特征峰减 弱 ， 粉煤灰发生二 次水化 ， 而钙矾石峰减弱说 明其发生脱 硫而形成单硫型水化硫铝酸钙( A F m) 。 ( 2 ) 采用热分析及 S E M， 对净浆 中钙矾石和氢氧化钙 含量及微观结构进行分析 ： 氢氧化钙含 量在水化龄期 7 d 时最高 ， 粉煤灰 中活性 氧化硅与其发生水化反应生成 I 型 c ． S — H并附着在粉煤灰表面； 水化龄期大于 2 8 d ， 由于 O H一 、 s O 一及水透过覆盖层与玻璃体进一步水化， 使净浆 孔溶液 中 s 0 ： 一浓度 降低， 促使钙矾 石发生脱硫 生成 A F m， 钙矾石含量减少 。 同时， 粉煤灰与水泥界面孔 隙被水 化产物填充， 密度增大， 强度调高。 上接第 7 1页 [ 1 2 ] s A Nm A N A M M， C O H E NM D， O L E K J ． Me c h a n i s m o f s u l f a t e a t t a c k ： a f r e s h l o o k ： P a r t 2 ． P r o p o s e d m e c h a n i s ms [ J ] ． C e me n t a n d C o n c r e t e R e s e a r c h ， 2 0 0 3 ， 3 3 ( 3 ) ： 3 4 1 — 3 4 6 ． [ 1 3 ] ~ J ／ 迎召。 牛荻涛， 姜磊， 等． 干湿循环条件下混凝土硫酸盐侵蚀 损伤分析[ J ] ． 硅酸盐通报， 2 0 1 3 ， 3 2 ( 7 ) ： 1 4 0 5 —1 4 0 8 ． [ 1 4] 张柬， 浦海， 张连英． 硫酸盐在混凝土中扩散过程研究[ J ] ． 徐州 工程学院学报： 自然科学版， 2 0 1 2 ， 2 7 ( 2 )： 5 7 — 6 2 ． [ 1 5 3 金海军 ， 于继寿 ， 李立辉 ， 等． 在硫酸盐环境下冻融 一 干湿循环 对混凝土的影响[ J ] ． 混凝土， 2 0 1 2 ( 6 ) ： 4 6— 5 0 ． [ 1 6 ] 金祖权． 西部地区严酷环境下混凝土的耐久性与寿命预~ IJ E D"] ． 东南大学， 2 0 0 6 ． [ 1 7 ] 陈晓斌， 唐孟雄 ， 马 昆林． 地下混凝土结构硫酸盐及氯盐侵蚀 的耐久性试验[ J ] ． 中南大学学报 ： 自然科学版 ， 2 0 1 2 ， 4 3 ( 7 ) ： 28 0 3—2 81 2 ． [ 1 8 ] T U MI D A J S K I P J ， C H A NGW． E ff e c t o f s u l f a t e a n d c a r b o n d i o x ． i d e o n c h l o rid e d i f f us i v i t y ． Ce me n t and Co n c r e t e Re s e a r c h， 1 9 96 ( 2 6 ) ： 5 5 1— 5 5 6 ． 78 参考文献： [ 1 ]T H O MA S A ． S p r a y e d c o n c r e t e l i n e d t u n n e l s [ M] ． N e w Y o r k ： Ta y l o r & Fr an c i s， 2 01 2： 9． [ 2 ]刘新荣， 祝云华 ， 李晓红 ， 等． 隧道钢纤维喷射混凝土单层衬砌 试验研究[ J ] ． 岩土力学， 2 0 0 9 ， 3 0 ( 8 ) ： 2 3 1 9 — 2 3 2 3 ． E 3 3林宗良， 张建纲． 液体速凝剂对水泥早期水化的影响研究[ J ] ． 混凝土与水泥制品， 2 0 1 1 ( 1 1 ) ： 1 6— 1 9 [ 4 3王红喜， 陈友治， 丁庆军． 喷射混凝土的现状与发展[ J ] ． 岩土工 程技术， 2 0 0 4 ， 1 8 ( 1 ) ： 5 l 一 5 4 ． [ 5 3 B U L L A R D J W， J E N N I N G S H M， L I V N I G S T O N R A， e t a 1 ． me c h a n i s ms o f c e me n t h y d r a ti o n [ J ] ． C e m e n t and c o n c r e t e r e — s e arc h， 2 0 1 1， 41： 1 2 0 8—1 2 21 ． [ 6 ]吕鹏， 翟建平， 聂荣， 等． 环境扫描电镜用于硅酸盐水泥早期水 化的研究[ J ] ． 硅酸盐学报， 2 0 0 4 ， 3 2 ( 4 ) ： 5 3