海洋浪花飞溅区混凝土硫酸盐侵蚀试验研究.pdf

2 0 1 3年第 l 0期 1 0月 混 凝 土 与 水 泥 制 品 CHI NA C0NCRETE AND CEMENT PR0DUCTS 2 0l 3 No 1 0 0c t o b e r 海洋浪花飞溅 区混凝土硫酸盐侵蚀试验研究 马志鸣 ， 赵铁军 ， 王鹏 刚 ， 卢 峰 ( 1 青岛市市政工程设计研究院有限责任公司， 2 6 6 1 0 0 ； 2 青 岛理工大学 ， 2 6 6 0 3 3 ) 摘要 ： 对 混凝 土 试 件 进 行 海 边 暴 露试 验 ， 研 究 海 边 浪 花 飞 溅 区域 混 凝 土 硫 酸 盐 侵 蚀 试 验 ， 利 用 分 光 光 度 计 法 测 定硫 酸根 离子 的含 量。试验 结果表 明， 混凝土 中总硫酸根 离子浓度随着腐蚀龄 期的增加 而升 高， 但后期增加 幅度 逐 渐降低 ： 混凝 土 中总硫 酸根 离子浓度 因水胶 比、 水泥用量不 同而不 同； 掺 加矿物掺合料 可以明显改善混凝 土的抗 硫 酸 盐侵 蚀 能 力 关 键 词 ： 暴 露 试 验 ； 浪 花 飞 溅 区 ； 硫 酸 盐 侵 蚀 ： 耐 久 性 Ab s t r a c t ：Th e c o n t e n t o f s u l f a t e u n d e r ma r i n e e n v i r o n me n t i s t e s t e d T h e s u l f a t e e r o s i o n t e s t u n d e r ma r i n e e n v i r o n me n t i s s t u d i e d T h e r e s u l t s h o w t h a t t h e c o n c e n t r a t i o n o f t o t a l s u I f a t e i o n i n t h e c o n c r e t e i n c r e a s e s wi t h t h e i n c r e a s e o f t h e a g e o f c o r r o s i o n b u t t h e i n c r e a s e a mp l i t u d e i s g r a d u a l l y d e c r e a s e d i n t h e l a t e r a g e T h e c o n c e n t r a t i o n o f t h e t o t a l s u lf a t e i o n i n t h e c o n c r e t e v a r i e s w i t h t h e d i ff e r e n t wa t e r - c e me n t r a t i o a n d c e me n t c o n s u mp t i o n Mi x i n g wi t h mi n e r a l a d mi x t u r e s c a n s i g ni fic a n t l y i mp rov e t h e s ulfa t e r e s i s t a nc e c a p a c i t y o f c o nc r e t e Ke y wo r d s ：S e a e x p o s u r e t e s t ；L i t t o r a l ； S u l f a t e c o r r o s i o n ； Du r a b i l i t y 中图分类号 ： T U 5 2 8 1 文献标识 码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 0 4 6 3 7( 2 0 1 3 ) 1 0 0 5 0 4 0前言 海洋环境中存在高浓度的氯离子 、 硫 酸根离子 等多种有 害离 子 ， 并受海浪 、 阳光等复杂环境条件 的影 响 ， 使 当今海 洋 工程 面 临严 峻 的混凝 土耐 久 性 问题 。 其 中硫酸盐侵蚀是导致混凝土保护层损伤破 坏 的主要 因素 之一 。 海洋浪花飞溅 区混凝土处于干湿交替状态 ， 在 该区域长期与空气接触 、 遭受 阳光 的直射 ， 混凝土 表面的硫酸根离子可通过吸收 ( 当混凝土表面干燥 时 ) 、 扩散 、 渗透等多种途径深入到混凝 土内部 ， 与 混凝 土 的水 化产 物 发 生化 学反 应 ， 造 成 严 重 的硫 酸 盐损伤【 - 4 ： 另外 ， 由于频繁 的干湿交替造成 的混凝 土盐结 晶腐蚀在这一 区域也非常严重 ， 因此 ， 当今 学者应当进一步关注该区域的腐蚀损伤研究。 1 原 材 料与 配合 比 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 、 不同矿物掺合料等因素 ， 通 过前期 大量 实验 研 究对 比 ， 从 经 济 与 实用 的方 面 研 究 了 以下 7组混 凝土配合 比， 如表 1所示。 基 金 项 目 ： 9 7 3项 目 ( 2 0 0 9 CB 6 2 3 2 0 3 ) 、 国 家 自然 科 学 基 金 发 展 项 目( 5 0 7 3 9 0 01 ) 。 表 1 混凝土配合 比 k g m 2 试 验 内容及 试验 方法 2 1 潮汐区暴露试验 混凝土试块在标准养护室中养护 2 8 d后取 出， 取两个相对侧面为试验用面 ， 其余 四面用环氧树脂 ( 环氧树脂与 固化剂体积 比为 3 ： 1 ) 密封 ， 保 证硫 酸 盐侵蚀为一维扩散。为了防止运送过程 中试块表面 的环氧树脂层遭到破坏 ， 等环氧树脂完全干透后再 送 往 海洋 暴 露试 验 区 ， 并 按 照试 验设 计 方案 将 试 块 放在规定腐蚀区域 。由于潮汐区、 水下 区和浪溅区 的试块会受到水流的冲击 ， 因此都用铁丝网尽量 固 定住 ， 海洋 暴露 区域 如 图 l 所 示 。 2 2 分 光光 度计 测定硫 酸根 含量 将待测混凝土试件分层打磨成粉后 ， 配置成试 一 5 一 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 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 O 6 05 0 1 O 2 0 3 O 4 0 5 O 深度 mm 冰 褪 楱 0 1 0 2 O 3 O 4 0 5 O 深度 ra m ( a ) 自由硫酸根离子 ( b ) 总硫酸根离子 图 4 腐蚀龄期对混凝土受硫酸盐损伤影响 曲线 蚀龄期的增加 混凝土表面最先被硫酸盐侵蚀或发 生物理结晶 ， 填充于混凝 土表面的孔结 构 ， 使混凝 土表 面更 加致 密 延 缓 了硫 酸 根 离子 向混 凝 土 深处 的传输。 从 自由硫酸根离子浓度曲线可知 ， 随着腐蚀龄 期的增加 ，自由硫酸根离子浓度一般在 0 0 5 上下 波动。但是 当腐蚀时间达到一定程度时 ， 硫酸盐腐 蚀产物就会在混凝土从表层到内部逐渐膨胀 5 - 6 1 ， 导 致混凝士开裂 。 这时大量的硫酸根离子就会顺着微 裂纹传输到 内部发生物理结晶而不是化学反应 ， 因 为混凝土的水化产物是一定 的， 所 以从 自由硫酸根 离子浓度 曲线可以看到 在混凝土 的表层一定深度 范围内有 自由硫酸根离子浓度突然增大的情况 7 4 1 。 3 2 水胶 比对混凝土硫酸盐损伤的影响 水胶 比是混凝土配合 比设计 中的首 要考虑因 素 ， 水胶 比的差异更能准确反映不 同混凝 土配合 比 的抗硫酸根离子性能。通常认为 ， 水胶 比越低 ， 混凝 0 6 0 5 越 0 4 矮 鑫0 3 饕。 一2 O 1 0 O 土的密实性 、 强度越高 ， 抵抗各种腐蚀离子侵蚀 的 能力越强。本文探讨了在海洋浪溅 区不 同水胶比混 凝土 中硫 酸根离子的传输规律 ，选 取码头 ( w c = 0 4 5 ) 、 挡浪坝 ( w c = o 3 6 ) 以及扭工字 ( w c = o 5 5 ) 混 凝 土在 海洋 浪 溅 区暴 露 l 2个 月 用 分 光 光度 计 法 测定不 同深度 混凝土 中 自由、总 的硫酸根离子浓 度 。 绘制硫酸根离子 曲线如图 5所示。 从 图 5可知 ， 混凝 土在浪溅 区腐蚀 ， 水胶 比及 水 泥用 量对混凝土 中硫酸根离子传输及 反应的影 响规律与潮汐区一致 。其中混凝土在潮汐区与浪溅 区的 自由硫酸根离子浓度基本相 当， 但总硫酸根离 子浓度则是潮汐区更高 。 即混凝土在潮汐区反应 的 硫酸根离子量更大。其原因在于潮汐区环境下混凝 土与海水接触时间更长 ， 当外部供给的硫酸根离子 含量越大 ， 其总传输量和反应量也会相应增加。 3 - 3 矿物掺合料对混凝土硫酸盐损伤的影响 在 海洋 浪 溅 区暴 露 的混 凝 土 。 干 湿 时 间 比例相 蛏 褪 甾 椿 0 5 1 0 1 5 2 O 2 5 3 O 3 5 4 0 4 5 0 5 1 O 1 5 2 0 2 5 3 O 3 5 4 O 4 5 深度 mm 深度 m m ( a ) 自由硫酸根离子 ( b ) 总硫酸根离子 图 5 水胶 比对腐蚀 1 2个月混凝土 中硫酸根离子传输影响 一7 5 0 5 0 1 l O O 4 3 2 l 0 0 O O O 0 燃 犍 甾 2 O 8 6 4 2 0 1 l 0 O 0 O O 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 3年第 l 0期 混凝 土与水 泥制 品 总第 2 1 0期 蠖 褪 蕊 堰 癌 深度 mm ( a ) C 3 0系列 越 褪 堰 珀 0 5 1 0 1 5 2 0 2 5 3 O 3 5 4 0 4 5 深度 mm ( b ) C 5 0系列 图 6 矿物掺合料对混凝 土腐蚀 1 2 个月硫酸根离子传输影响 对潮汐 区比较长 。 硫酸根离子在混凝土内部的传输 应该 以毛细吸收为主。影响毛细吸收的因素除了与 混凝土本身的干燥状态有关外 ， 还与混凝土的毛细 孔结构有很 大关 系， 因此 ， 密实性有利于改善海洋 浪溅 区的混凝土抗硫酸盐腐蚀性9 - 砌 。 在此探讨双掺 粉煤灰和矿粉后 海洋浪溅 区混凝土的抗硫酸盐侵 蚀 性 能 ， 取两 个 配 比混 凝 土 ， 每 个 配 比设 置 未掺 及 掺加矿物掺合料 。将混凝土放置于海洋浪溅 区 1 2 个月 ， 达 到规定龄期后 ， 用分光光度计法测试混凝 土不同深度总硫酸根离子浓度 ， 最后绘制的硫酸根 离子浓度 曲线如图 6所示 。 由 图 6可 知 ， 在 C 3 0系列 混 凝 土 中 ， 在 同一 深 度处未掺加矿物掺合料混凝土内的硫 酸根离子浓 度 明显 高 于掺 加 的 ： 在 C 5 0系列 混 凝 土 中 ， 在 距 表 层 8 mm的范围内 掺加矿物掺合料混凝土内的硫酸 根离子浓度低 ， 而在大于 8 mm的深度 内， 出现了掺 加矿物掺合料混凝土的硫酸根离子浓度偏高， 与通 常认为的传输规律相违悖 ， 有可能是试验成型时不 密实导致混凝土内部出现了明显的连通孔。但总体 可 以认 为 。 掺加 矿 物掺 合料 对 于 改善 混凝 土 抗硫 酸 盐损伤的能力是可行的。 4结论 ( 1 ) 海 边浪 花 飞溅 区域 混 凝 土结 构 在干 湿循 环 作用下 ， 加速 了氯离子的侵入速率。混凝土反应的 硫酸根离子与总硫酸根离子呈线性关系。混凝土中 仅有少量的硫酸根离子以 自由态存在 。 自由硫酸根 离子随腐蚀龄期增加变化不大。 ( 2 ) 硫酸根离子的侵蚀程度随暴露龄期的增加 而增 加 随 水 胶 比的增 加 而 减 少 ， 当水 胶 比相 同的 一 8 一 条件下 ， 以一定量的矿物掺合料代替水泥 ， 可 以有 效提高混凝土试件的抗硫酸盐性能。 参考文献 ： 【 1 】 周效国， 汪俊华 硫酸盐腐蚀钢筋混凝 土板受 弯力学性 能 的退化规律 J 混凝土与水泥制 品， 2 0 1 2 ( 1 0 ) ： 5 1 5 6 2 】 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f J 建筑材料学报， 2 0 0 1 ( 4 ) ： 3 9 5 - 4 0 0 【 3 】 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【 J J 混凝 土与水泥制品， 2 0 1 1 ( 5 ) ： 1 7 2 1 【 4 王复生， 孙瑞莲， 秦 小鹃 察尔 汗盐 湖条件下水泥混凝 土 耐久性调查研究 【 J 硅酸盐通 报， 2 0 0 2 ( 4 ) ： 1 6 2 2 5 】Ma h e r A B a d e r P e r f o r ma n c e o f c o n c r e t e i n a c o a s t a l e n v i r o n m e n t J C e m e n t & C o n c r e t e C o m p o s i t e s ， 2 0 0 3 (2 5 ) ： 5 3 9 - 5 4 8 【 6 梁咏宁， 袁迎曙 超声检 测混凝 土硫酸盐 侵蚀 的研究【 J 1 混 凝 土 ， 2 0 0 4 f 8 1： 1 5 1 7 【 7 金祖权， 赵铁军， 孙伟 硫酸盐对混凝 土腐蚀研究【 J 1 工业 建筑， 2 0 0 3 ， 3 8 ( 3 1 ： 9 0 9 3 【 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 30 6 【 9 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 【 1 0 】 G a b r i s o v a ， A， H a v a l i c 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 a t e Hy d r a t e s i n W a t e r S o l u t i o n wi t h Va r i o u s p H Va l u e s J C C R 2 1 ， 1 9 9 1 ( 6 ) ： 1 0 2 3 1 0 2 7 收稿 日期 ： 2 01 3 0 8 1 9 作者简 介： 马志鸣( 1 9 8 7 一 ) ， 男 ， 硕士研究生 。 通讯地址 ：青岛市深圳路 2 2 2号天泰金融广场 A座 1 3 楼 联 系电 话 ： 1 51 6 6 0 4 6 7 7 5 E ma i l ： 1 0 3 5 1 1 6 3 q q c o m O 8 6 4 2 0 8 6 4 2 O 2 1 l 1 l l O 0 O O O 0 8 6 4 2 O 8 6 4 2 O 2 1 l l 1 1 0 O 0 O O 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m