混凝土在海洋环境下硫酸盐侵蚀机理研究.pdf

2 0 1 4年第 7期 7月 混 凝 土 与 水 泥 制 品 C HI NA C ONCRE T E AND C EME NT P R0DUC T S 2 01 4 No 7 J u l y 混凝土在海洋环境下硫酸盐侵蚀机理研究 黄巍林 ， 马志鸣 ， 赵铁 军 ， 卢 峰 ( 1 青岛酒店管理职业技术学院酒店工程学院， 2 6 6 1 0 0 ； 2 青岛理工大学土木工程学院， 2 6 6 0 3 3 ) 摘要 ： 对不 同配合 比混凝 土试件在 不 同海洋 区域 内进行现场暴 露试验 ， 通过硫 酸根 离子含量测定 、 S E M 扫描 电镜试验及 x 荧光试验 研 究实际海洋暴露环境 下混凝土 内部硫酸盐侵蚀机理。试 验结果表 明 。 不 同暴露环境下硫 酸根作 用机理 不同 ， 混凝 土在 不同暴露 区域硫酸 盐侵蚀程度 为潮汐 区 水 下区 浪溅 区； 硫酸根 离子 由混 凝土表层 向内部传输 在表层 范围 内硫 酸盐腐蚀产物主要是钙矾石 ， 随 着硫 酸根 离子 传输深度增加 以及 内部 游 离 C a O 水化 成 C a ( OH) ， 混凝土硫酸盐损伤程度加剧 ； 混凝 土表层 S O4 2 一 和 Ca 2 + 含 量较 高， 而混凝土 内部 Na 含 量较 高。 关键词 ： 硫酸盐侵蚀 ： 暴露试验 ； 海洋环境 ： 耐久性 Ab s t r a c t ：C a r r y i n g o n t h e e x p o s u r e e x p e ri me n t o f d i ff e r e n t c o n c r e t e mi x p r o p o r t i o n u n d e r d i ff e r e n t ma ri n e e n v i r o n me n t a n d t e s t i n g t h e s u l f a t e c o n t e n t ，S EM e x p e ri me n t ，XR F e x p e rime n t ，t l l e s u lfa t e c o r r o s i o n me c h a n i s m i n c o n c r e t e i S s t u d i e d T h e r e s u l t s s h o w t h a t t h e s u lf a t e c o rr o s i o n me c h a n i s m i s d i f f e r e n t wi t h t h e e x p o s u r e e n v i r o n me n t v a r i e d ， a n d the d e g r e e o f c o n c r e t e s u lf a t e c o rro s i o n i s l i t t o r a l a r e a u n d e r s e a a r e a s p l a s h a r e a T h e s u lf a t e i n v a d e d f r o m s u rfa c e t o i n n e r ，a n d t h e ma i n c o r r o s i o n p r o d u c t s i s e t t ri n t e T h e c o n c r e t e s u lf a t e c o rro s i o n b e c o me s e r i O U S wi t h t h e d e p t h i n c r e a s e d a n d f r e e C a O a q u e o u s C a ( O H) 2 T h e c o n t e n t o f S O 4 2 - a n d C a h i g h e r i n s u r f a c e ， t h e N a c o n t e n t i s h i g h e r i n i n s i d e Ke y wo r d s ： S u lf a t e c o r r o s i o n ； Ex p o s u r e t e s t ； Ma r i n e e n v i r o n me n t ； Du r a b i l i t y 中图分 类号： T U 5 2 8 0 1 文献标识码 ： A 文章编 号： 1 0 0 0 4 6 3 7( 2 0 1 4 0 7 1 7 0 4 0育 玎 言 混凝 土耐久性不足是混凝 土结构提前 发生破 坏 、 达不到设计使用 寿命 的重要原 因 。 而硫酸盐侵 蚀又是造成混凝土耐久性劣化的主要方面f 1 - 4 。 在硫 酸盐侵蚀作用下混凝土 内部发生系列的物理、 化 学反应。随着我 国建筑技术的迅速发展及海洋环境 的利用开发 应用于海洋工程的混凝土结构 13益增 多 。 海洋环境下混凝土结构耐久性 问题越来越被重 视 。 国内外大量硫酸盐侵蚀研究均基于试验室环境 下的试验研究 而对于实际暴露环境下硫酸盐侵蚀 研究少之又少5 - 9 。由于海洋环境复杂多变 ， 在不 同 海洋暴露区域下混凝土损伤作用机理大不相同 。 故 根据实际暴露环境 研究不 同海洋环境下混凝土硫 酸盐侵蚀机理尤为重要 ： 硫酸盐损伤主要表现为混 凝土结构保护层剥落 ， 同时海水 中大量氯离子 的存 在 迅速侵入混凝土 内部导致混凝土 内部钢筋锈 蚀 ，在硫酸盐侵蚀与多种外界环境耦合作用下 ， 更 加剧了混凝 土耐久性 的劣化 。 需根据硫酸盐侵蚀机 理提出混凝土防护修复措施 ， 但对硫酸根离子在海 基金 项 目： 9 7 3项 目( 2 0 0 9 C B 6 2 3 2 0 3 ) ； 国家 自然科 学发 展基 金 ( 5 0 7 3 9 0 0 1 ) 。 洋环境下混凝土中的传输机理及反应量仍未明确 。 基于上述原 因， 本文对混凝土试件进行了实 际海洋 环境下的暴露试验 ， 通过硫酸根离子测定 、 腐 蚀产 物分析 。 研究了实际海洋暴露环境下混凝土硫酸盐 侵蚀机理 ， 并为混凝土结构设计和防护提供理论依 据 。 1 配合 比设 计 本试验用原材料均来 自青岛本地 。 同时根据海 洋腐蚀环境下硫酸根离子试验 、 结合考虑不 同强度 等级等因素 ， 通过前期大量实验研究对 比。 从 经济 与工程实际应用等方面出发 ， 研究 以下 3种混凝土 配合 比在海洋暴 露环境下混凝 土中硫 酸盐侵 蚀试 验 ， 具体配合 比如表 1 所示。 表 1 混凝 土配合 比 k g m 2试 验设计 2 1 海 洋暴 露试 验 将经养护 2 8 d后不 同配 比混凝 土试 件从 标准 一 1 7 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 4年第 7期 混凝土与水泥制品 总第 2 1 9期 32 2 8 24 2 0 1 6 裳1 2 O 8 0 4 0 0 0 2 4 6 8 1 0 1 2 1 4 1 6 0 2 4 6 8 1 O l 2 l 4 1 6 深度 m m 深度 n u n ( a ) C a O含量 ( b ) N a 2 0、 S O 4 含量 图 6 C配 比混凝土试件 内离子浓度随深度变化 S O ， ( 经换算为 s o ? 一 ) 的含量 ， 并绘制离子浓度随深 度变化曲线 ， 如图 6所示 。 由图 6可知 硫酸根离子含量 随着混凝土深度 的增加而降低 ， 达到一定深度后趋 于稳定 ， 这表 明 硫酸根离子的传输由混凝土表面向内部进行 。在混 凝土表层范围内。 硫酸根离子与混凝 土水化产物反 应生成钙矾石 。 同时随着硫酸根离子侵入到混凝 土 内部 以及游离 C a O水化成 C a ( O H) ， 加剧了混凝土 硫酸盐侵蚀程度 。 混凝土表层 C a 2 + 较内部大幅提高 。 而 N a 表层含 量较 内部降低 ， 分析原 因有 ： 混凝 土表层由硫 酸根 离子反应后生成的腐蚀产物钙矾石 ，以及 F r i e d e l s 盐的形成作用 ，造成混凝土内部 C a 2 + 向外部迁移并 与硫 酸根离子发生反应 ，因此硫 酸盐腐蚀 后表层 C a 浓度高 ： 为保持混凝 土内部电荷的平衡 ， 混凝土 内部 N a + 向混凝土内部迁移 ， 使得混凝土表层 N a + 含 量较低 。 4 结 论 ( 1 ) 不同海洋 区域下混凝 土实际暴露 试验 中 ， 海洋潮汐区暴露下混凝土硫酸盐侵蚀最为严重 ， 而 水下 区和浪溅 区混凝土作用相对较弱。对于实际工 程中应用于潮汐 区混凝土结构 应加强其表面防护 措施 ， 提高混凝土抗硫酸盐侵蚀能力 。 ( 2 ) 通过 S E M扫描电镜试验得到腐蚀产物微观 图， 可知混凝土经硫酸盐腐蚀后 的主要产物为钙矾 石 ， 同时 由于钙矾石 的存在 ， 其体积迅速膨胀导致 混凝土破坏 。 ( 3 ) 对经海洋暴露环境硫酸盐腐蚀后 的混凝土 试件 ， 进行 X荧光光谱实验分析 ， 可知硫酸根离子 在混凝土内部传输为由表及里 混凝土表层 S O ? - 和 C a 2 + 含量较内部高 。 而混凝土 内部 N a 含量 比表层含 量高。 一 2 0一 参考文献 ： 1 】 朱 方之， 赵铁军， 王鹏 刚， 等 混凝 土毛 细吸水影 响 因素 探讨 J 】 西安建筑科技大学学报：自然科学版， 2 0 1 2 ( 5 ) ： 6 2 7 6 3 1 【 2 】 王元 战， 周海锋 盐雾环境下 受荷 混凝土 中氯离 子扩散试 验 J 材 料科 学与工程学报 ， 2 0 1 3 ( 5 ) ： 6 4 5 6 5 0 【 3 】 沈德建， 吴胜 兴 大气环境锈蚀钢筋混凝土梁力 学性能试 验研究及分 析 J 】 土木工程学报， 2 0 0 9 ( 8 ) ： 7 5 8 2 4 G a b r i s o v a ， A ， H a v a l i e a ， J ， S a h u ， S S t a b i l i t y o f C a l c i u m s u l f o a l u mi n e Hy d r a t e s i n Wa t e r S o l u t i o n wi t h Va r i o u s p H Va 1 u e s J C C R ， 1 9 9 1 ( 6 ) ： 1 0 2 3 - 1 0 2 7 f 5 】 马志 鸣， 赵铁 军， 王鹏 刚， 等 海 洋浪花 飞溅 区混凝 土硫 酸盐侵蚀试验研究【 J 混凝土与水泥制品， 2 0 1 3 ( 1 o ) ： 5 - 8 【 6 】 贺传 卿， 李 永贵， 王怀 义， 等 硫 酸盐 对水 泥混凝 土 的侵 蚀及其防治措施【 J 混凝土， 2 0 0 3 ( 3 ) ： 5 6 5 7 7 梁 咏宁， 袁 迎曙 超声 检测 混凝土 硫酸 盐侵 蚀的研 究 J 】 混凝土， 2 0 o 4 ( 8 ) ： 1 5 1 7 【 8 】 乔宏 霞， 何 忠茂 ， 刘翠 兰 硫 酸盐 环境混凝 土动 弹性 模量 及微观研究 J 】 。 哈尔滨工业大学学报， 2 0 0 8 ， 4 0 ( 8 ) ： 1 3 0 2 - 1 3 0 6 【 9 】 刘连新 察 尔汗盐湖 及超盐渍 土地 区混凝 土腐蚀及 预 防 初探【 J 】 建筑材料学报， 2 0 0 1 ( 4 ) ： 3 9 5 - - 4 0 0 收稿 日期 ： 2 0 1 4 *2 0 作者简介 ： 黄巍林 ( 1 9 8 8 一 ) ， 女 ， 硕士研究生 。 通讯作者 ： 马志鸣 ( 1 9 8 7 一 ) ， 男 ， 硕士研究生 。 通讯地 址 ： 青 岛市 九水 东路 5 9 9号青 岛酒店管理 职业 技 术学院学术楼 3 0 5 联 系电话 ： 1 5 1 9 4 2 5 8 1 3 6 ( 黄巍 林 ) 、 1 5 1 6 6 O 4 6 7 7 5( 马志 鸣 ) E ma i l ： 6 9 5 2 6 8 5 2 9 q q c o m( 黄巍林 ) 、 mz m1 0 3 5 1 1 6 3 1 6 3 c o rn( 马志鸣 ) 本刊 2 0 1 4年第 6期第 9 4页 建筑垃圾再 生混合砂混凝 土力学性 能试验研究 一文第二作者应为孙勇 。特此更正 。 加 他 j m 蠼 韫 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m