磷渣混凝土的抗硫酸盐侵蚀性能研究.pdf

2 0 1 2 年 第 9 期 (总 第 2 7 5 期 ) Nu mb e r 9 i n 2 0 1 2 ( T o t a l No 2 7 5 ) 混 凝 土 Co n c r e t e 理论研究 THEORETI 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 2 0 9 0 0 8 磷渣混凝土的抗硫酸盐侵蚀性能研究 张军性 ( 北京市中交第一公路工程局有限公司，北京 1 0 0 1 2 4 ) 摘要 ： 随着混凝土普遍应用 ， 混凝土 的耐久性得到越来越 多的重视 ， 而硫酸盐侵蚀是影响混凝土耐久性 的一个 重要因素 ， 是实际工程 中面临的重大难题。 为了研究磷渣掺合料对混凝土抗硫酸盐侵蚀性能的影响， 通过试验分析， 对磷渣、 粉煤灰和矿渣的抗硫酸盐侵蚀性能 相对 比， 得 出磷渣在抗硫 酸盐 侵蚀方面的优越性 ， 以及研究 了磷渣 的掺量对混凝土抗硫酸盐侵 蚀性能 的影响 ， 确定混凝土 中磷渣 的最佳 掺量 ， 为混凝土耐久性研究提供参考。 关键 词 ： 磷渣混凝土 ；硫酸盐 ；侵蚀 ；耐久性 中图分类号 ： 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 2 ) 0 9 0 0 2 3 0 2 St udy on su l f a t e r e s i s t anc e of phos ph or us s l a g c on cr e t e Z f NGJ u n - x ( C CC CF i r s t Hi g h wa yE n g i n e e r i n gC o ， L t d ， B e ij i n g 1 0 0 1 2 4 ， C h i n a ) Abs t r a c t ： Wi m t he u n i v e r s a l a p pl i c a t i o n o fc o n c r e t e t h e d u r a b i l i t y o fc o n c r e t e ha s b e e n p a i d mo r e a n d mo r e a t t e n t i o n， wh i l e t h e s ul f a t e e r o s i o n i s a n i mp o a n t f a c t o r a ff e c t i n g the d u r a b i l i ty o f c o n c r e ， a n d i s a ma j o r p r o b l e m f a c e d i n t h e a c tu a l p r o j e c t T o s t u d y t h e s u l f a t e r e s i s t a n c e o f #o s p h o ms s l a g c o n c r e t e ， thr o u g h e x p e r i me n t a l a n a l y s e d， t h e s u l f a t e r e s i s t a n c e o f t h e s l a g ， fl y a s h a n d s l a g w a s p a r a l l e l e d t o o b t a i n the s u p e r i o r i ty o f p h o s p h o rus s l a g i n the s u l f a t e r e s i s t a n c e ， an d s t u d i e d the e ffe c t o fp h o s p h o r o u s s l a g c o n t e n t t o the e r o s i o n p r o pe r t i e s o fc o n c r e t e r e s i s t a n c e t o s u l f a t e， t od e t e r mi n et h ebe s t d o s a g e o f p h o s p h o r u s s l a gi nthe c o n c r e t e ， p r o v i d e d a r e f e r e n c ef o rt h ed ur a b i l i t yo f c o n c r e t e r e s e a r c h Ke y w o r d s ： p h o s p h o r u s s l a g c o n c r e t e ； s u l f a t e ； e r o s i o n； d ura b i l i ty 0 引言 随着混凝土技术的发展， 对混凝土耐久性越来越重视， 而硫 酸盐侵蚀是影响混凝土耐久性的一项重要因素， 在实际工程中 混凝土材料往往处于不同的硫酸盐环境中， 如不同浓度 、 温度 以及干湿循环等。 硫酸根离子由外界渗入混凝土， 与混凝土的某 些成分发生化学反应从而对混凝土产生腐蚀 ， 使混凝土性能逐 渐退化 。 这是一个复杂的物理化学过程 ， 硫酸盐侵蚀的直接后果 是在混凝土内部产生内应力， 使混凝土过度膨胀， 产生裂缝， 当 硫酸盐侵蚀发生在较低 p H值条件下时， 外部侵蚀环境可以大量 溶解水化产物， 并大大破坏混凝土的强度。 硫酸盐侵蚀产生的一 个更 加难以观测的结果是 ， 在微结构内部产生局部应力并 由此 导致局部微裂缝。 因此， 对混凝土的抗硫酸盐侵蚀性能研究十分 迫切， 具有很大的现实意义和经济效益。 1 试验材料和试验方法 1 1 试验 材料 及试 验仪 器 水泥 ： 华新水泥厂生产 的 P O 3 2 5 级水泥 。 粉煤灰 ： 重庆亚庆 电厂生产的 I I 级粉煤灰。 矿渣： 重庆钢铁集团生产， 比表面积为 5 0 0 m2 k g 。 磷渣： 贵州磷酸盐制品厂生产的磨细粒化电炉磷渣， 主要 化学成分如表 1 所示 。 水 ： 普通自来水。 收稿 日期 ：2 0 1 2 - 0 3 - 2 7 表 1 磷渣 的主要化学成分 名称 C a O S i O 2 P 2 0 5 A1 2 O 3 F e 2 O3 Mg O S O3 含量4 9 5 4 0 1 3 9 1 5 0 2 2 6 2 2 石子： 碎石， 粒径为 5 2 0 n l n l ， 级配良好。 硫 酸钠 ： 四川锂业生产 的无水硫酸钠 。 试验仪器为 ： 混凝土搅拌机 ， J E S 2 0 0 0 A型压力试验机 ， 1 0 0mm l O 0 mmx l O 0 mn l 试模， 养护室等。 1 2试验 方 法 本试验按照 J F GF 3 0 - - 2 0 0 3 ( 公路水泥混凝土路面施工技术 规范 的规定进行混凝土配合 比设计， 为了加快硫酸盐侵蚀速 度 ， 采用提高水灰比的方法， 水灰比采用 0 5 5 ， 基准配合比中水泥： 砂： 石子：水 = 3 8 0 ： 7 5 0 ： 9 6 0 ： 2 0 0 ， 在磷渣、 矿渣和粉煤灰对比试验中， 3 种掺量为 3 5 ； 在不同掺量磷渣混凝土试验巾， 磷渣的掺量分 别为3 0 、 4 0 、 5 0 、 6 0 ， 此处掺量表示取代水泥的百分量。 其 中各试件的配合比如表 2 、 3 所示。 表 2 掺粉煤灰、 矿渣、 磷 渣混凝 土配合 比 k g m 本试验 中混凝土抗硫酸盐侵蚀性能采用抗蚀系数来表示 ， 抗蚀 系数为浸泡 在硫酸盐溶液 中的试件 的抗折强度 与同龄期 自来水中试件抗折强度的比值， 如式( 1 ) 所示： 盘 -厂 w 23 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 表 3 不同掺量磷渣 混凝土配合比 注 ： L Z 3 0表示磷渣掺量 为 3 0 。 式中： 抗蚀系数； 浸泡在硫酸钠溶液中的试件抗折强度； 厂 w 浸泡在自来水溶液中的试件抗折强度。 试验采用 1 0 0 m mx l 0 0 mm 1 0 0 n l l n试模制件， 试件成型后 脱模并放入养护室中养护 2 8 d后取出， 然后分别放入自来水和 硫酸钠溶液中浸泡 6个月， 并每隔 3 0 d取出一组检测， 每组 3 个 试样， 测定其抗折强度平均值。 2 试验 结果及 分析 2 1 不 同掺 量磷渣混凝土抗硫酸盐性能试验结果 在恒温养护室中标准养护 2 8 d后不同掺量磷渣混凝土的 抗折强度如表 4 、 图 1 所示。 表 4 不 同掺量磷渣 混凝土 的 2 8 d抗折强度 MP a LZ3 O LZ40 LZ50 LZ60 掺量 ， 图 1 不同掺量磷 渣混凝土 的 2 8 d抗折强度 由表 4和图 l 可以看出， 对于浸泡在 自来水中的磷渣混凝 土试件， 其抗折强度随着掺量的增加而增加 ， 最大在掺量 6 0 时达到 1 0 6 MP a ， 对于浸泡在硫酸钠溶液中的磷渣混凝土试件， 抗折强度随着掺量的增加呈现先增大后减小的趋势， 在掺量为 4 0 时达到最大 l 2 6 MP a ， 这主要是由于磷渣中少量的P 2 o 和 F与水泥水化析出的C a ( O H) 反应 ， 生成难溶的氟羟磷灰石和 磷酸钙 ， 沉淀于水泥熟料颗粒表面生成保护性薄膜 ， 阻止水化 而延长凝结时间， 使后期强度有减少趋势； 此外浸泡在硫酸钠 溶液中的试件的抗折强度普遍大于浸泡在 自来水中的试件抗 折强度， 这是由于磷渣水化过程中产生胶凝物填充混凝土间隙 使混凝土变得致密 ， 抗折强度有所增加 。 不 同掺量磷渣混凝土试件在饱 和硫酸钠溶液中浸泡在 0 - 6 个月龄期 内的抗蚀系数 如表 5 、 图 2所示 。 表 5 不同掺量磷渣混凝土在各龄期的抗折抗蚀 系数 编号0个月 1 个月 2 个 月 3 个 月4个月 5 个 月 6个月 LZ3 0 1 0 l -3 0 l - 2 5 1 1 5 l _ 1 7 1 1 9 1 2 0 LZ4 0 1 0 1 2 O 1 - 2 8 1 21 1 21 1 25 1 2 4 LZ5 O 1 0 1 3 2 1 I 3 1 ， 2 3 l I2 0 1 2 4 1 0 6 I Z6 O 1 0 l 3 3 】 2 5 】 3 3 1 2 2 1 1 8 1 2 5 24 龄期 月 图 2 不同掺量磷渣混凝土在各龄期的抗折抗蚀 系数 由表 5和图 2可以看出， 所有磷渣混凝土的抗蚀系数都 大于 1 ， 掺量为 3 0 和 4 0 的磷渣混凝土抗蚀系数最平稳 ， 且 基本呈现先增高后减小的趋势， 前 2个月各组样基本成增高 趋 势 ， 3 - 5 个 月基本呈 下降趋势 ， 其 中掺量为 5 0 的磷 渣混凝 土后期下降最为明显， 由于硫酸钠溶液中的 N a 2 S O 对磷渣具 有一定的激发作用， 促进磷渣中活性 S i O 与水泥水化生成的 C a ( O H) ： 反应， 生成水化硅酸钙降低了c a ( 0 H) 的浓度 ， 水化 反应生成的钙矾石在较低的C a ( O H) ： 浓度下结晶产生的膨胀小， 同时所生成的 C S 。 H凝胶对水泥石起到密实作用， 提高了抗硫 酸盐性能， 因此， 在浸泡初期抗蚀系数都有较大增长。 2 2 不同种类掺合料混凝土抗硫酸盐性能试验结果 掺量为 3 0 的矿渣 、 粉煤灰、 磷渣混凝土和基准混凝土 在硫酸钠溶液中浸泡 6 个月后抗硫酸盐性能试验结果如表6 、 图 3所示 。 表 6 不 同种类掺合料混凝土在不 同龄期抗蚀系数 1 6 1 4 1 2 1 0 o s 0 6 0 4 0 2 O 龄期 阴 图 3 不同种类掺 合料混凝土在不同龄期抗蚀 系数 从表 6和图 3中可以看出， 基准混凝土的抗硫酸盐腐蚀系 数先增高然后有大幅下降趋势， 且 3 个月后抗蚀系数小于 1 ， 不 具备了抗硫酸盐腐蚀的能力 ， 磷渣混凝土、 粉煤灰混凝土和矿 渣混凝土的前期抗硫酸盐腐蚀能力差不多， 但磷渣混凝土后期 抗硫酸盐腐蚀能力较其他两种混凝土有较大上升， 且在整个 6 个月龄期当中， 磷渣混凝土的抗蚀系数呈稳定上升趋势， 矿渣、 粉煤灰混凝土在后几个月基本呈平稳状态， 可见磷渣混凝土有 较好的抗硫酸盐腐蚀能力。 下转第 2 9页 4 2 O 8 6 4 2 O B d 、 蕊辖蓍 N 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 矿渣含量均有利于材料的弯曲韧性， 而过量矿渣将严重影响材 料均匀性， 从而导致跨中极限挠度的骤降。 ( 3 ) 1 P VA纤维体积含量为挠度硬化的临界纤维含量 ， 低 于该值 ， 材料很难体现挠度硬化特征。 仅掺入钢纤维的复合材 料不能体现挠度硬化特征 ， 钢纤维和 P VA纤维的混掺能够体 现该特征。 ( 4 ) 采用弯曲性能指数评价法来评价 E C C的弯曲韧性是 有效和可行的。 参考文献 ： 【 l 】L I V C ， WAN G S j WU C T e n s i l e s t r a i n - h a r d e n i n g b e h a v i o r 0 f P V A - E c c A C I Ma t e r i a l s J o u r n a 1 ， 2 0 0 1 ， 9 8 ( 6 )： 4 8 3 4 9 2 2 】u V C E n g i n e e r e d eeme n t i t i o u s c o mp o s i t e s t a i l o r e d c o mp o s i t e s t h r o u g h m i e r o me c h a n i c a l mo d e l i n g C F i b e r R e i n f o r c e d C o n c r e t e ： P r e s e n t a n d t he F u t u r e， Mo n t r e al， Ca n a d a， 1 9 98： 6 4 9 7 p】MAA L E J M， L I V C F l e x u r a l t e n s il e S t r e n g t h R a t i o I n E n g i n e e r e d C e - m e n t i t i o u s C o m p o s i t e s J A S C E J o u r n a l o f Ma t e r i a l s i n C i v i l E n gin e e r i n g ， 1 9 9 4 ， 6 ( 4 ) ： 5 1 3 5 2 8 上接 第 2 2页 【 5 】 莫祥银， 李钢 ， 王侠， 等 L i O H抑制碱集料反应长期有效性及机理的 研究 J J 硅酸盐学报 ， 2 0 0 3 ， 3 ( 2 ) ： I 1 8 1 2 1 【 6 】F E N G X S t u d i e s o n l i t h i u m s a l t s t o m i t i g a t e A S R- i n d u c e d e x p a n s i o n i n n e w c o n c r e t e ： a c r i t i c al r e v i e w J C e m e n t and C o n c r e t e R e s e a r c h ， 2 0 0 5 ( 2 ) ： 1 7 8 9 1 7 9 6 f 7 】F E NG X， T HO MA S MS u mm a r y o f r e s e a r c h o n t h e e f f e c t o f L i N O3 o n al k al i s i l i c a rea c t i o n i n n e w c o n c r e t e J C e m e n t a n d C o n c r e te R e s e a r c h ， 2 0 1 0 ， 4 o ( 8 ) ： 6 3 6 6 4 2 【 8 1 F E N G X， T HO MA S M N e w o b s e r v a t i o n s O i l t h e me c h ani s m o f l i t h i u m n i - tr a t e a g a i n s t alk ali s il i c a r e a c t i o n ( A S R) J C e me n t a n d C o n c ret e R e s e a rch ， 2 0 1 0 ， 4 0 ( 7 ) ： 9 4 1 0 1 上接第 2 4页 3结 语 主要研究了磷渣混凝土对混凝土抗硫酸盐侵蚀性能的影 响， 并与矿渣、 粉煤灰相对比， 同时研究不同掺量磷渣对混凝土 抗硫酸盐性能影响， 得出的主要成果如下： ( I ) 对于粉煤灰混凝土、 矿渣混凝土和磷渣混凝土， 粉煤灰 混凝土 、 矿渣混凝土抗蚀系数大致差不多， 前 2个月呈增长趋 势， 2个月后呈平稳状态， 在相同掺量情况下不同龄期磷渣混凝 土抗折强度要高于粉煤灰混凝土和矿渣混凝土， 但都好于基准 混凝土试件， 磷渣混凝土后期的抗折侵蚀系数增长速度较矿渣 和粉煤灰混凝土要快， 抗硫酸盐性能较好。 ( 2 ) 当磷渣掺量不同时， 浸泡在硫酸钠溶液中的混凝土试 件的抗折强度均高于浸泡在 自来水中的试件抗折强度 ， 且磷渣 混凝土抗硫酸盐侵蚀性能随着磷渣掺量的增加有先上升再下 降的趋势， 在磷渣掺量为 4 0 时达到最高点， 抗磷酸盐侵蚀能 力最强， 当掺量超过 4 0 时， 混凝土抗硫酸盐侵蚀能量显著下 降； 对于不同龄期浸泡在硫酸钠中的混凝土试件 ， 所有磷渣混 凝土的抗蚀系数都大于 1 ， 掺量为 3 0 和 4 0 的磷渣混凝土抗 蚀系数最平稳， 且基本呈现先增高后减小的趋势， 前 2个月各 组样基本成增高趋势， 3 5 个月基本呈下降趋势， 其中掺量为 5 0 的磷渣混凝土后期下降最为明显。 4 】L l V C E C C - t ai l o r e d c o m p o s i t e s t h r o u g h mi e r o m e c h a n i c a l mo d e l i n g C F i L e r R e i n f o r c e d c o n c r e t e ： P r e s e n t a n d F u t u r e e d i t e d b y B a n t h i a e t a l ， C S C E C 】 ， Mo n t r e a l ， 1 9 9 8 ： 6 4 - 9 7 5 】MA A L E J M， U V GF l e x u r a l s t r e n g t h o f f i b e r c e me n t i t i o u s c o m p o s i t e J AS C E J o u rnal o f Ma t e r i ali n C i v i l E n g i n e e ri n g ， 1 9 9 4， 6 ( 3 )： 3 9 0 - 4 0 6 【 6 】6 高淑玲， 徐世熄刑 用水平外力总功研究 P V A纤维增强水泥基复合 材料韧性 J 】 东南大学学报 ： 自然科学版， 2 0 0 7 ( 2 ) 7 】 李贺东 超高韧性水泥基复合材料试验研究 D 1 _ 大连 ： 大连理工大 学 ， 2 0 0 9 8 杨英姿， 祝瑜 ， 高小建， 等掺 粉煤灰 P V A纤维增强水泥基复合材料 的试验研究fJ 1 _ 青岛理工大学学报， 2 0 0 9 ， 3 0 ( 4 ) 【 9 张君 ， 公成旭， 居贤春， 等埏 性纤维增强水泥基复合材料的抗弯性 能 J 】 工程力学 ， 2 0 1 0 ， 2 7 ( 4 ) 1 0 G B T 1 5 2 3 1 ， 玻璃纤维增强水泥性能试验方法 5 1 作者简介： 张径伟( 1 9 8 7 一 ) ， 男， 研究方向： 新型建筑材料。 联系地址： 江苏省徐州市中国矿业大学力学与建筑工程学院( 2 2 1 0 0 8 ) 联 系电话 ： 1 8 7 0 1 8 5 7 2 5 8 9 】9 G B T 1 4 6 8 5 -2 0 0 1 ， 建筑用卵石、 碎石 S 北京： 中国标准出版社出 版， 2 0 0 1 f 1 O 】 莫祥银， 金同顺， 壬克宇 ， 等 石英玻璃在不同碱性条件下的硅溶出 研究们 南京师范大学学报 ： 工程技术版， 2 0 0 3 ( 3 ) ： 1 - 5 【 1 1 虞祥银， 卢都友， 许仲梓 化学外加剂抑制碱硅酸反应原理及进展 J 】 南京化工大学学报， 2 0 0 0 ， 2 2 ( 3 ) ： 7 2 7 7 作者简介： 卢佳林( 1 9 8 6 一 ) ， 男， 硕士研究生， 研究方向： 水泥混凝土。 联系地址： 江苏省南京市鼓楼区新模范马路 5 号( 2 1 0 0 0 9 ) 联系电话 ： 1 5 1 0 5 1 4 7 6 3 8 参考文献 ： 【 1 】 徐浩 磷渣微细粉在商品混凝土中的应用 J 建筑材料， 2 0 0 2 ( 2 ) ： 3 5 3 7 2 1梁咏亍， 袁迎曙 硫酸盐侵蚀环境因素对混凝土性能的影响咖 混凝 土 ， 2 0 0 5 ( 3 ) ： 2 7 3 0 【 3 】杜应吉， 牛建军， 李元婷， 等- 硅粉掺合料对砂浆抗硫酸盐侵蚀性能 的影O ff J 水资源与水工程学报， 2 0 0 4 ( 1 2 ) ： 6 0 6 2 【 4 粱松 ， 奠海鸿， 陈尤雯， 等 掺矿渣微粉砂浆和混凝土的抗硫酸盐侵 蚀性能册华南理工大学学报： 自然科学版， 2 0 0 3 ( 5 ) ： 3 0 - 3 1 【 5 】吕林女， 何永佳， 丁庆军， 等 混凝土的硫酸盐侵蚀机理及其影响因 素 J 1 焦作工学院学报： 自然科学版， 2 0 0 3 ( 1 1 ) ： 4 6 5 4 6 8 【 6 】 高礼雄 ， 姚燕， 王玲， 等 法的探讨明 混凝土 ， 2 0 0 4 ( 1 0 ) ： 1 2 1 7 【 7 】吴定燕， 曾力， 方坤和， 等 磷渣掺和料在混凝土中的应用研究【 J 云 南水力发电， 2 0 0 2 ( 2 ) ： 5 0 5 2 8 1刘勇， 李昕成， 卞东晓， 等 磷渣高性能混凝土在工程中的匝用【 J 云 南建材 ， 2 0 0 1 ( 2 ) ： 3 0 3 4 作者简介 ： 联系地址 联系电话 ： 张军性( 1 9 6 2 一 ) ， 男， 高级工程师， 研究方向： 黄土隧道及连 续钢构桥梁施工等路桥施工技术及管理。 北京市朝阳区西大望路甲 2 7 号 宏久商务楼 B 座 3 0 5室 ( 1 O O 1 2 4 ) 1 3 81 1 91 2 0l 1 29 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m