混凝土建筑物防硫酸盐侵蚀技术研究.pdf

文章 编号 ：i 0 0 7 0 4 6 X( 2 0 1 3 ) 0 2 - 0 0 3 7 0 4 生态建材 混凝土建筑物防硫酸盐侵蚀技术研究 S u l f a t e A t t a c k P r e v e n t i o n T e c h n o l o g y o f C o n c r e t e B u i l d i n g s 袁春波 ，张振 ，郝志香 ( 天津市水利科学研究院 ，天津 3 0 0 0 6 1 ) 摘要： 混凝土建筑物受硫酸盐侵蚀现象比较严重。为了防止硫酸盐对混凝土建筑物侵害，通过对不同水泥 、两 种掺合料 ( 磨细矿粉、粉煤灰 )不同比例条件下的砂浆抗蚀 系数、 自由膨胀率的试验 ，得 出混凝土的抗 硫酸盐性能有较大提高的比例为：单掺磨细矿粉掺 5 0 或 6 0 ；共掺粉煤灰 2 0 和磨细矿粉 3 0 。由 此可见 ，通过砂浆试验推出大掺量掺合物 ( 磨细矿粉 、粉煤灰 )混凝土具有较优的抗硫 酸盐侵蚀性能。 关键词 ： 混凝土；硫酸盐 ；磨细矿粉 ；粉煤灰 ；抗蚀 系数 ；自由膨胀率 中图分类号 ：T u5 0 3 文献标 志码 ：A 0 前 言 混凝土建筑物硫酸盐侵蚀是一个复杂的物理化学过程， 其实质是环境水中 s O 一 进入混凝土的空隙内部，与水泥 的水化产物发生化学反应，生成具有膨胀性的侵蚀物质， 在混凝土内部产生内应力。当其内应力超过混凝土的抗拉 极限强度 ( 为抗压强度的7 1 2 ) 和极限延伸率 ( 0 0 1 0 0 2 )时，就使混凝土胀裂，导致混凝土结构发生破 坏。 混凝土建筑物硫酸盐侵蚀可分为内部侵蚀和外部侵蚀。 内部侵蚀是由混凝土组分本身带有的硫酸盐引起的，而外 部侵蚀是环境中的s 0 ： 一 对混凝土的侵蚀 1 J 。 近年来，由于含 S O 一 外加剂及含 S O z 一 集料的大量采 用，内部 s 0 一 侵蚀成为研究热点2 。 鉴于硫酸盐对混凝土建筑物的危害系 s O z 一 侵入到混 凝土内部所致，提高混凝土耐久性将很大程度上解决以上 问题。近年来混凝土掺合料技术的应用，在很大程度上增 加了混凝土密实度，提高了耐久性。具体试验如下。 1 试验目的 测定不同水泥 ( 盾石P 0 4 2 5 、盾石 P 4 2 5 、山东 产抗硫酸盐硅酸盐水泥 )、不同掺合料 ( 粉煤灰、磨细矿 粉 ) 条件下混凝土的抗硫酸盐侵蚀抗蚀系数和自由膨胀率， 研究其抗硫酸盐侵蚀的性能。 2 试验方案 2 1 砂浆试块抗硫酸盐侵蚀抗蚀系数试验方案 水泥品种 ：选取盾石 P O 4 2 5 、盾石 P 4 2 5 、山东 产抗硫酸盐硅酸盐水泥；掺合料f 粉煤灰、磨细矿粉) 取代 水泥。具体方案见表 1 。 表 i 砂浆试块抗硫酸盐侵蚀抗蚀系数试验方案 2 2 0 1 3 粉煤灰 3 7 2 2 砂浆抗硫酸盐侵蚀的自由膨胀率试验方案 水泥品种： 选取盾石 P O 4 2 5 、盾石 P II 4 2 5 ；掺合 料f 粉煤灰、磨细矿粉 ) 取代水泥，具体方案见表 2 。 表 2 砂浆试块抗硫酸盐侵蚀 自由膨胀率试验方案 3 试验方法 3 1 砂浆抗硫酸盐侵蚀抗蚀系数的试验方法 参照 G B 2 4 2 0 -1 9 8 1 水泥抗硫酸盐侵蚀快速试验方 法。试件尺寸为 1 0 m m X 1 0 m m X 6 0 m m棱柱形。灰砂 比为 1 ： 2 5 ，采用老 G B标准砂，水胶比采用 0 5 。同一组 试件中，9个试件浸入 3 硫酸钠溶液中，9 个试件浸入 水中，侵蚀龄期为2 8 d 、9 0 d 。 3 2 砂浆抗硫酸盐侵蚀自由膨胀率的试验方法 按照 A S T M C 1 0 1 2 0 3( S t a n d a r d T e s t M e t h o d f o r L e n g t h Ch a n g e o f Hy d r a u l i c Ce me n t Mo r t a r s Ex p o s e d t o a S u l f a t e S o l u t i o n 。试件尺寸为 2 5 m m X 2 5 m m 2 8 0 m m 。试件 成型后，用塑料布密封；放入养护箱中，在( 3 5 3 1 下养护 ( 2 3 5 0 5 ) h ，脱模；放人饱和石灰水中，养护直至同龄期 7 5 m m立方体试块抗压强度超过 2 0 M P a 。记下此时用比 长仪测定的试块长度，记为初始长度。然后把试件中的三 条放入 5 硫酸盐溶液中浸泡，至测定龄期，用比长仪测 定试块长度，若两次测量误差超过O 0 0 2 m m， 试件必须进 行重测。待所有试件测试完后，更换硫酸盐溶液，把试件 放回溶液中浸泡，盖严浸泡液的容器，待下一次龄期测定。 测定试件的膨胀率计算式： 膨胀率( ) = 【 。 ) 2 5 0 】X 1 0 0 式中： i 一一 试件龄期，d ； 试件一定龄期长度，m m； 3 8 CD 工 日 2 2 01 3 上 试件原始长度，m m 。 4 试验结果与分析 4 1 砂浆试块抗硫酸盐侵蚀的抗蚀系数 对砂浆抗硫酸盐侵蚀抗蚀系数试验结果见表3 。 表3 不同掺置磨细矿粉砂浆试块抗硫酸盐侵蚀试验测试结果 由表 3中9 0 d抗蚀系数可见，普通硅酸盐水泥及硅 酸盐水泥砂浆在硫酸盐溶液中其抗蚀系数均1 0 ，说明磨细矿粉的加入可提高砂浆的抗硫酸盐侵蚀能 力。磨细矿粉掺量 4 0 6 0 时 2 8 d 抗蚀系数 9 0 d抗 蚀系数；磨细矿粉掺量 7 0 时 2 8 d 抗蚀系数 l ，且 9 0 d 抗蚀系数均2 8 d抗蚀系 数。说明掺入一定比例粉煤灰后，可提高砂浆的抗硫酸盐 侵蚀能力，但其抗蚀系数小于抗硫酸盐水泥砂浆。 表4 不同掺置粉煤灰砂浆试块抗硫酸盐侵蚀试验测试结果 由表5 、表 6 共掺砂浆的9 0 d 龄期试验结果可见，共 掺砂浆的抗蚀系数均 1 0 ，且随着试块成型时间增长而抗 蚀系数均有所加大， 说明共掺可提高砂浆的抗硫酸盐侵蚀 能力。 表 5 共掺 5 0 砂浆试块抗硫酸盐侵蚀试验测试结果 表 6 共掺 6 0 砂浆试块抗硫酸盐侵蚀试验测试结果 由以上试验结果可知，粉煤灰、磨细矿粉掺合料的掺 人有效提高了砂浆抗蚀系数，即有效提高了砂浆的抗硫酸 盐侵蚀性能。当单掺磨细矿粉至5 0 、6 0 ，共掺粉煤灰 2 0 、磨细矿粉 3 0 时，砂浆的抗蚀系数均大于抗硫酸盐 水泥砂浆，使砂浆试块具有较好的抗硫酸盐侵蚀性能。 4 2 砂浆试块抗硫酸盐侵蚀的自由膨胀率 按照美国A S T M C 1 0 1 2 0 3 S t a n d a r d T e s t M e t h o d f o r Le n g t h Ch a n g e o f Hy d r a u l i c Ce me n t Mo r t a r s Ex p o s e d t o a S u l f a t e S o l u t i o n 进行水泥砂浆在硫酸钠环境中的膨胀性 试验。 4 2 1 不同掺量磨细矿粉对抗硫酸盐侵蚀作用的影响 自由膨胀率是抗硫酸盐侵蚀性能重要指标之一。其数 值越大，抗硫酸盐侵蚀性能越差。磨细矿粉_3 _ 的加入对抗 硫酸盐侵蚀作用的影响见图2 。 摹 横 渣 7 l 4 2 l 2 8 4 2 5 6 9l 龄期 d 图 2 不同掺量磨细矿粉对抗硫酸盐侵蚀自由膨胀率的影响 由图2 可见，随着磨细矿粉掺量的加大，水泥砂浆的 抗硫酸盐侵蚀性能逐渐加大；到2 8 d时，掺 4 0 6 0 磨 细矿粉较空白有害膨胀降低了 2 3 以上；到 9 1 d 时，掺 4 0 6 0 磨细矿粉较空白有害膨胀降低了3 5 以上；当 掺 7 0 磨细矿粉时，胶凝材料抵抗硫酸盐侵蚀作用大幅提 高，其 9 1 d 膨胀率较空白降低了7 3 。 4 2 2 粉煤灰的加入对抗硫酸盐侵蚀作用的影响 粉煤灰【 1 的加入对抗硫酸盐侵蚀作用的影响见图 3 。 模 龄期 d 图 3 不同掺量粉煤灰对抗硫酸盐侵蚀自由膨胀率的影响 由图 3可见，单掺 2 5 粉煤灰及粉煤灰与磨细矿粉 共掺组，对于水泥砂浆抗硫酸盐侵蚀能力在早期也有较明显 提高。2 8 d时，单掺 2 5 粉煤灰可使砂浆在硫酸盐溶液 浸泡中产生的有害膨胀减少2 0 ；当共掺量为6 0 ( 粉煤 灰掺量为 1 0 ，磨细矿粉掺量为 5 0 )时，砂浆 9 1 d 膨 胀率较基准水泥砂浆降低5 8 ， 较单掺2 5 粉煤灰降低4 5 。 5 结 论 ( 1 ) 砂浆抗硫酸盐侵蚀试验结果表明，普通硅酸盐水 泥及硅酸盐水泥砂浆的抗蚀系数均 1 0 ， 抗硫酸 盐侵蚀能 力较差。抗硫酸盐水泥9 0 d 抗蚀系数达到 1 2 0 ，具有抗硫 2 2 o 1 3 粉煤灰 3 9 5 0 5 O 5 0 5 0 5 叭叭0 啪 0 酸盐侵蚀能力。加人防腐剂砂浆的9 0 d 抗蚀系数达到 1 3 0 ， 抗硫酸盐侵蚀能力较好。不同比例粉煤灰 ( 2 0 、2 5 )、 磨细矿粉 ( 4 0 、5 0 、 6 0 、7 0 ) 的掺人可显著提高砂 浆的抗硫酸盐侵蚀能力。当单掺磨细矿粉掺 5 0 、6 0 ， 共掺粉煤灰2 0 +磨细矿粉 3 0 时，砂浆的抗蚀系数比抗 硫酸盐水泥砂浆高，体现出了较好的抗硫酸盐侵蚀能力。 ( 2 ) 按 A S T M C 1 0 1 2 0 3 测定砂浆抗硫酸盐侵蚀的白 由膨胀率结果表明，当砂浆在硫酸盐溶液中浸泡至 9 1 d ， 掺人 2 5 粉煤灰的砂浆在硫酸盐溶液中产生的膨胀较基 准砂浆降低了2 3 。粉煤灰与磨细矿粉共掺后，随着共掺 量的增加，抗硫酸盐侵蚀性能提高。当共掺量为 6 0 ( 粉 煤灰掺量为 1 0 ，磨细矿粉掺量为5 0 ) 时，砂浆膨胀率 较基准砂浆减少了5 8 ，较单掺 2 5 粉煤灰降低了4 5 。 在单掺磨细矿粉组中，随着磨细矿粉掺量的增加，其抗侵 蚀能力不断提高。当磨细矿粉掺量为4 0 ，其膨胀率较基 准砂浆降低 3 5 ，较大幅度超过单掺 2 5 粉煤灰混凝土 的抗侵蚀能力。由此可见，大掺量磨细矿粉混凝土具有较 优的抗硫酸盐侵蚀性能。 参考文献 1 莫海鸿， 梁松 抗海水腐蚀混凝土在外砂桥闸重建工程中的应用 J 1 人 民珠江， 2 0 0 5 ( 2 ) ： 3 0 3 2 2 】杨医博， 梁松 抗海水腐蚀混凝土在吴川市低埔水闸闸门重建工程 中 的应用【 J 水利水 电技术， 2 0 0 4 ， 3 5 ( 1 1 ) ： 5 3 5 5 3 洪定海 大掺量矿渣微粉高性能混凝土应用范例 J 】 建筑材料学报， 1 9 9 8 ， 1 ( 1 ) ： 8 2 8 6 4 】俞海勇， 徐强 矿物掺合材料在高性能海工混凝土中的应用 J 】 粉煤 灰， 2 0 0 3 ( 5 ) ： 2 1 2 5 作者简介：袁春波( 1 9 8 1 一) ， 男， 汉族， 工程师 现从事混凝土性能研究及 水利工程施工工作 通讯地址： 天津市河西区友谊路6 0 号( 3 0 0 0 6 1 ) 收稿 日期： 2 0 1 2年 1 0月 1 1日 ( 上接第 3 6页) 表 5 加入特细砂后混凝土的成本 4 结 论 ( 1 ) 混凝土中掺入特细砂之后，适宜的砂率 ( 3 2 一 3 5 ) 不仅提高强度还可以保持混凝土坍落度基本不下降， 在同砂率下，适当的中粗砂与特细砂的比例 ( 4 ： 6 ) 不仅可 以增大坍落度， 并可以提高强度。 4 0 COAL ASH 2 20 1 3 ( 2 ) 混凝土中加入特细砂之后，混凝土的塑性收缩增 大；但是钢纤维的加入，可以有效改变这一现象。 ( 3 ) 混凝土中掺人特细砂可以有效降低混凝土的生产 成本。 参考文献 1 李飨民， 李宝忠 特细砂在混凝土中的应用 J 山西建筑， 2 0 0 0 ( 2 )： 1 3 2 1 3 4 2 刘武军， 张向斌 水工特细砂泵送混凝土施工技术 J 人民长江， 2 0 1 l ( 4 2 ) ：8 7 - 8 8 3 】李光伟 水工特细砂混凝土性能试验 J 水利水 电科技进展， 2 0 0 6 ， 2 6 ( 4 1 ：3 8 - 3 9 4 CH UNG D D L C e me n t R e i n f o r c e d wi t h S h o r t Ca r b o n F i b e r s ： a Mu l t i f u c t i o n a l Ma t e r i a l s J C o mp o s i t e s ： 2 0 0 0 - 3 1 ： 5 l l - 5 2 6 5 】李保亮， 徐洪伟 Na S 0 对低硫水泥及其混凝土性能 的影响 J 】 商 品混凝土， 2 O 1 2 ( 3 ) ： 4 2 4 4 6 黄士元， 蒋家奋， 杨南如， 等 近代混凝土技术 M 西安： 陕西科学技 术出版社， 1 9 8 8 【 7 蔡贵生 特细砂混凝土塑性收缩裂缝研究 D 】 重庆： 重庆大学， 2 0 0 4 作者简介：焦建明( 1 9 7 9 一) 男， 工程师， 从事商品混凝土的生产和研究工作 通信地址： 江苏省苏州市昆山 市正仪镇娄江工业1 ( 2 1 5 3 0 0 ) 收稿 日期： 2 0 1 2年 9月 4日