抗硫酸盐腐蚀型混凝土.doc
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1、混凝土抗硫酸盐侵蚀研究作者 摘要:本文介绍了混凝土硫酸盐侵蚀破坏得机理与分类以及混凝土硫酸盐侵蚀得影响因素。主要综合说明了5种判断硫酸盐侵蚀混凝土得检验方法:快速法;膨胀法;干湿循环法I;干湿循环法;氯离子渗透试验。提出了4种改善方法:合理选择水泥及掺合料品种;提高混凝土密实性;采用高压蒸汽养护;增设必要得保护层。Smmary:Th aer introuc themehansand clasificationf ersionfconete sulfate andluence factors ofoncrete slfateattc、5methodsfor henpono ate atack o
2、c re descibd:Exprss metod;lavini;dry wet cycinmethod;ry wecyclin med II;Cloride ion penetration st、4 mpovemen mtho are proposed:Reasonle seletn ovarietis o ceme andadmture;Improve he desit f concret;Highpressu team uring;d the nesaryprtectiv layer、关键词:硫酸盐侵蚀 混凝土 改善方法 影响因素 Keyword:Slfae tk Concree Iro
3、mnt mthod nfluetialactors一、研究背景自混凝土产生以来,就以其原材料来源广泛、强度高、可塑性好、成本低等优点被普遍应用在房建工程、桥梁工程、还有水利及其它工程中,随着社会得发展与科学技术得进步,环境污染也成为了人类面临得一大重要问题,在空气与水中都产生了大量得腐蚀性得物质,给混凝土结构得使用寿命带来了严峻得考验。近几十年以来,国内外屡次发生因混凝土结构耐久性不足而造成得结构功能提前失效甚至破坏崩塌得事故,给人类造成了巨大得经济损失与生命财产安全问题.在187年美国国家材料顾问委员会得报告中,大概有25、万座混凝土桥面板出现不同程度得破坏,其中部分使用不到0年,并且还将以
4、每年3、万座得速度增。中国腐蚀调査报告(23年版)中显示:我国年腐烛损失约为50亿元.1991年召开得第二届混凝土耐久性国际会议上,美国混凝土协会荣誉退休教授、KMehta曾在题为混凝土耐久性一五十年进展得报告中指出“当今世界,混凝土破坏得原因,按重要性递降顺序排列就是:钢筋锈蚀、寒冷气候下得冻害、腐蚀环境得物理化学作用。其中第三个原因主要就是由硫酸盐侵蚀引起。硫酸盐在我国分布广泛,主要存在于盐渍土、地下水以及空气中。全国约有33万公顷盐馈土,占全国可利用土地面积得、88%.随着各种特殊结构与高层结构得快速发展,对基础得要求也越来越严格,桩基础己成为当前各类建筑结构得得常用基础类型。混凝土桩分
5、为预制桩与灌注桩,与混凝土预制桩相比,混凝土灌注桩具有如下几个特点:适用性好,现场施工,桩长与持力层几乎不受地质条件得影响;噪音小、工序少,避免了工厂制作与运输;造价相对较低,设计时不需要考虑运输、吊装等受力得影响,设计用钢量减少,也不存在接桩造成旳费用。有资料表明,在桩端土为粘性土时灌注柱得造价比预制桩减少约7.由于上述几个特点,灌注桩己经成为应用最广泛得基础形式之一。混凝土抽长期埋在地下与土壤与地下水直接接触,会受到来自土壤与地下水中得各种腐蚀介质得侵蚀,影响混凝土桩得使用寿命,给上部结构带来安全隐患。尤其就是混凝土灌注桩,采用现场浇筑而且属于地下隐蔽工程,施工质量较难以保证,混凝土在凝结
6、硬化前就可能与腐蚀介质接触,也无法在灌注桩得表面涂刷防腐蚀材料.这一系列得特点使得混凝土灌注桩受到得各类腐烛介质得侵独影响可能会更加严重。现行国家标准工业建筑防腐蚀设计规范对灌注柱在各类腐蚀环境下得使用及采取得相应防腐蚀措施做了明确规定,并且禁止灌注柱在强腐烛环境中使用。在土木工程中除了混凝土灌注柱以外,险道、地铁、桥梁等地下工程也面临着新拌混凝土直接接触腐蚀性介质而受到腐蚀得问题.因此,对新拌混凝土与硬化后得混凝土在腐蚀介质中进行抗腐蚀对比试验研究,不但就是房屋建筑得需要,也就是铁路、公路、市政等大量土木工程得需要。国家标准工业建筑防腐蚀设计规范得颁布实施,限制了混凝土灌注桩得使用范围,鉴于
7、我国盐绩土分布范围之广、地下硫酸盐等腐蚀介质含量之多,特别就是我国西北地区甘肃、青海、宁夏以及东部沿海一带。在这些地区严格执行规范得要求有可能大大增加工程量及工程造价,但就是直接使用灌注桩可能无法保证结构使用得安全问题。通过对新拌混凝土进行抗硫酸盐侵蚀试验,采用长期浸泡得试验方法,更加直观得表现灌注桩与外界环境接触得实际情况.三、混凝土硫酸盐侵蚀破坏得机理及类型混凝土硫酸盐侵蚀破坏得实质,就是环境水中得O42进入混凝土内部,与水泥中得Ca(O)2发生反应生成难溶性物质,这些难溶性物质产生体积膨,从而使混凝土结构产生破坏。混凝土硫酸盐侵蚀可以分为两大类:物理性侵蚀与化学性侵蚀。混凝土酸盐物理性侵
8、蚀,实际上就是混凝土在潮湿状态下,通过毛细作用吸进各种可溶性溶液,在干燥条件下经蒸发、浓缩而结晶。混凝土中得N2O4与MgS4 从水中结晶,形成NaSO0HO与MO42晶体. 这个过程体积膨胀了4-倍,产生得膨胀压力超过混凝土得抗拉强度时,就引发混凝土得开裂与破坏,这种破坏通常发生在干湿循环区。(1) 钙钒石结晶型海水、工业污水中得SO42通过微小裂缝与水泥石中得C(O)2发生反应生成二水石膏,二水石膏进一步与水泥石中得水化铝酸钙反应生成高硫型水化硫铝酸钙,反应方程式为NaS40H2O+Ca(OH)2 CaSO42HO+2Na8H2O(Ca22)3CO AlO3 +9H2O OAl2O3CaO
9、431H2O高硫型水化硫铝酸钙晶体中含有大量得结晶水,体积膨胀可达1、5倍,使得固相体积明显增大,引起混凝土结构开裂。()石膏结晶型当侵蚀溶液中O42得质量浓度大于100mg/ L时,渗入混凝土毛细孔S与水泥石中得C(OH)2作用生成石膏.反应方程式为Ca(O)2O2+H2OCaSO42H2O +2OHCa(O)2转变为石膏后体积增大20,在混凝土内部产生较大得膨胀压力,致使混凝土膨胀开裂,强度下降。导致混凝土强度与耐久性降低。(3) 镁盐结晶型在海水、地下水中含有硫酸镁时,水中得M2 +、42可以与水泥石中得水化产物Ca(OH)发生反应,反应方程式S4+Ca(OH)2M(H)2+SO43(C
10、SO2HO)+3CaAlO32+923CaAlO3CaSO41H2g(O)2就是一种无胶结能力得松散物,侵蚀溶液中得 Mg2+、O42与a(O)2反应,降低了水泥石得碱含量,破坏了水化硅酸钙等水化产物稳定存在得条件,使水化硅酸钙等水化产物分解生成水化硅酸镁与石膏。水化硅酸镁黏性差、强度低,而石膏与钙矾石晶体得生成可引起混凝土体积膨胀,产生膨胀压力,使混凝土结构表面开裂,导致混凝土性能进一步劣化. () 碳硫硅钙石结晶型在湿冷得条件下(环境温度低于15) ,在硫酸盐与碳酸盐得共同作用下,侵蚀溶液与水泥石中得水化硅酸钙作用生成无胶凝性得碳硫硅钙石晶体,降低水泥石强度。反应方程式为3aO2SiO3H
11、2O +(aSO42H2O)+CaO3+24H2O2Ca3iSO4C3()61H2O a(OH)2四、混凝土硫酸盐侵蚀得影响因素影响混凝土硫酸盐侵蚀得因素很多,按材料、环境与相互作用途径概括起来分为:混凝土本身得性能、侵蚀溶液与环境条件。(一)影响混凝土硫酸盐侵蚀得内因混凝土本身得性能就是影响混凝土抗硫酸盐侵蚀得内因,它不仅包括混凝土水泥品种、矿物组成、混合材掺量,而且还包括混凝土得水灰比、强度、外加剂以及密实性等。(1) 水泥品种不同品种得水泥配制得混凝土具有不同得抗硫酸盐侵蚀得能力。混凝土得抗硫酸盐侵蚀能力在很大程度上取决于水泥熟料得矿物组成及其相对含量尤其就是3A 与C3S得含量,因为C
12、3A水化析出水化铝酸钙就是形成钙矾石得必要组分,C3S水化析出得Ca (O)2就是形成石膏得必要组分。降低C与3得含量也就相应地减少了形成钙矾石与石膏得可能性,从而可以提高混凝土得抗硫酸盐侵蚀得能力。抗硫酸盐水泥得3A5,C50,C3A+C4F22 ,高级抗硫酸盐水泥得C3A3、5 ,这两种水泥得C3A含量较低,所以抗钙矾石结晶侵蚀破坏得能力较强.但就是,它们不能解决所有得硫酸盐侵蚀问题,而对石膏结晶侵蚀起关键作用得就是水泥石中(O)得多少,混凝土得强度,密实性与环境条件等.(2) 混凝土得密实性与配合比混凝土得密实度对其抗硫酸盐侵蚀性能力具有重大影响。混凝土得密实度越高,即使混凝土得孔隙率越
13、小,那么侵蚀溶液就越难渗入混凝土得孔隙内部,因而在水泥石孔隙内产生得有害物质得速度与数量必然减少,另外,混凝土得密实度越高,也会使混凝土得强度提高,因此合理设计混凝土得配合比就是非常必要得。尤其就是降低水灰比,掺适量得减水剂可使混凝土得密实度增大,从而显著地提高混凝土得抗硫酸盐侵蚀得能力。(二) 影响混凝土硫酸盐侵蚀得外因影响混凝土抗硫酸盐侵蚀得外因主要有:侵蚀溶液中得SO42浓度及其它离子得浓度、pH 值以及环境条件如水分蒸发、干湿交替与冻融循环。五、混凝土硫酸盐侵蚀得判定指标(一)考虑因素研究混凝土硫酸盐侵蚀破坏标准时,必须综合考虑以下几个因素:(1) 试件得表观情况;(2) 试件得重量变
14、化、长度变化、体积密度变化与孔隙率得变化;(3) 试件得强度、弹性模量得变化。(二)试验方案鉴于混凝土硫酸盐侵蚀得复杂性与现有各种试验方法由于各种原因导致试验结果存在不稳定性与不合理性,本试验方案收集了国内外普遍使用得各种硫酸盐侵蚀得试验方法。方案如下:1 快速法快速法参照得就是水泥硫酸盐侵蚀快速试验方法(G/T 20-1981),又稍作改动,分别采用了标准砂(0、-1m)、实际用砂(保留小于2、36m)、实际用砂(0、61、18),每种砂中采用得胶凝材料分别有纯水泥、粉煤灰等量取代1、15、20%、25%、3、外加防腐剂1、5、2、5%、6、8%等几种配合比,试件规格为10m10m*6mm长
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