混凝土抗硫酸盐腐蚀试验方法研究.pdf

第 4 8卷第 8 期 2 0 1 2年 8月 甘 肃 水 利 水 电 技 术 G AN S U W_AT 陬R E8 0U Ra略 A ND HY D R Ol OWE l l 1 1 OL OG Y V o 1 4 8 No 8 Au g ， 2 01 2 设计与研究 混凝土抗硫酸盐腐蚀试验方法研究 雷伟丽 ， 王世儒 ( 重庆水利电力职业技术学院， 重庆4 0 2 1 6 0 ) 摘要： 分析 了各国混凝土抗硫酸盐腐蚀试验的方法和标准， 总结出目前实验室主要采用的方法及特点， 对几种试验 方法进行 了分析对比。 提出几种方法中存在的主要问题。 关键词 ： 抗硫酸盐腐蚀 ； 试验方 法； 全浸泡； 干湿循 环 中图分类号： T U 5 2 8 文献标志码 ： B 文章编号： 2 0 9 5 - -0 1 4 4 ( 2 0 1 2 ) 0 8 - 0 0 2 5 0 2 “ 腐蚀” 是破坏混凝土的主要因素之一， 因此 ， 近 年来 ， 混凝土抗腐蚀性的研究 已经成为研究混凝土 耐久性的一个重要内容。而在各种复杂的腐蚀环境 中， 硫酸盐腐蚀又是复杂性和危害性最大的一种 ， 海 水 、 地下水 、 土壤、 腐烂的有机物、 工业废水 、 道路除 冰盐等都含有硫酸根离子 。 腐蚀作用可导致混凝 土 产生膨胀 、 开裂、 剥落等现象 ， 使混凝土丧失黏性， 强 度损失 。对水工混凝土而言 ， 长期处于易渗透的工 作环境使腐蚀危害加剧。例如 。 我国朝阳水 电站就 曾因混凝 土多处 出现较严重 的硫酸盐腐蚀破坏 现 象， 而采取补强措施 ； 我国的八盘峡水电站和刘家峡 水电站等的部分混凝土工程也都遭受了较严重的硫 酸盐腐蚀破坏。越来越多的事实表明 。 我们要充分 重视混凝土的硫酸盐腐蚀问题 ， 并找到行之有效的 防治措 施 。 虽然早在 1 9世纪末 。 德国学者就发现了硫酸盐 对混凝土的腐蚀 ， 但混凝土的腐蚀过程复杂 ， 且大多 是在腐蚀介质作用下缓慢进行的， 因此 ， 抗腐蚀性的 研究往往受到试验条件、 时间等的限制， 难 以对混凝 土的抗腐蚀性做 出准确 的评价 。 目前各 国抗腐蚀性 试验 尚没有统一 的方法和标准。 1 水 泥抗硫 酸盐 腐蚀 的试验 方法标 准 从作用机理来来看 ， 混凝土被硫酸盐腐蚀主要 是 由于硫酸根离子对水泥石的腐蚀作用 。 基于混凝 土抗硫酸盐腐蚀性能的试验方法及评价指标至今还 没有统一标准 。 混凝土的抗腐蚀试验往往沿用水泥 抗硫酸盐试验的方法 。各 国水泥抗硫酸盐腐蚀的试 验方法及优缺点归纳如下 。 1 1 国外 的方 法 ( 1 ) 美 国 A S T M( 美 国材料 与试验协会 ) 方法 ： 试件浸 泡在 5 硫 酸盐溶液 至一定龄 期 ：评价标 准 ： 膨胀率 ； 优点 ： 考虑 了 N a 2 S O 和 Mg S O 4 两种侵 蚀溶液 的影 响 ； 缺点 ： 试验结 果离散性较 大 ， 龄期 长 。 ( 2 ) 德 国的氧扩散法 ：试件成型 2 d 后脱模 ， 放 人 2 O c c 的 C a ( O H) 饱 和溶 液 中 。 在 1 4 d时再 移 人 4 铴 的 N a 2 S O 溶液中养护 ， 采用氧扩散法测定浸养 后试件的渗气性并计算它们的有效扩散系数 ；评价 标准 ： 有效扩散系数 ； 优点 ： 从试件尺寸 、 质量 、 弹性 模量等多方面来评价腐蚀作用 ； 缺点 ： 方法较复杂 ， 龄期 长。 ( 3 ) 前苏联等国的浸泡法 ：水泥试件同时浸泡 在侵蚀环境 中和淡水中至一定龄期 ； 评价标准 ： 同龄 期强度 比值 ； 优点： 方法简单 ； 缺点 ： 龄期长。 1 2我国 的方 法 ( 1 )G B 7 4 9 1 9 6 5 ： 试件加压成型 ， 湿气中养护 l d ， 淡水 中养护 1 4 d后， 部分试件仍在淡水中养护 ， 部分放入硫酸盐溶液中， 养护至 6个月 ； 评价标准 ： 腐蚀 系数 ； 优点 ： 有明确的评定标准 ， 腐蚀系数小于 O 8 O时 ， 则认为该种水泥在该环境下抗蚀性能较差 ； 缺点 ： 没有指明侵蚀溶液的浓度 ， 没有考虑在高、 低 浓度时 ， 侵蚀机理的不同， 且试验周期长。 ( 2 ) G B f r 2 4 2 0 1 9 8 1 ：试件压力成型 ， 1 d养护 箱养护， 7 d 5 0 c l = 水中养护，然后常温侵蚀 2 8 d ； 评 价标准 ： 抗蚀 系数 ； 优点 ： 试验周期短 ， 3 6 d ； 缺点 ： 没 有明确 的评定标准 ， 试件尺寸很小 ， 结果离散性大 ， 实用性较差 ( 3 ) G B f r 7 4 9 2 0 0 1 ：方法 和评 价标 准类似于 A 的试验 法 。 以上试验方法均采用小尺寸水 泥胶砂试件 。 试 收稿 日期 ： 2 0 1 2 0 7 1 9 作者简介： 雷伟丽( 1 9 8 0 一 ) ， 女， 山西汾阳， 助教， 硕士 ， 主要从事水工建筑材料研究。 2 5 2 0 1 2年第 8 期 甘肃水利水电技术 第 4 8卷 件体积小 。 成型时的微小变化也可能对试验 的结果 产生显著影响， 从而使试验结果的离散性较大， 将这 些方法用于混凝土的性能研究上也并不能真实反映 混凝土的抗腐蚀性能。 2 我 国对混 凝土抗 硫酸盐 腐蚀试 验方法 的研 究 将混凝土置于现场真实的腐蚀环境显然更有利 于腐蚀试验的研究 ， 但实际环境 中， 硫酸盐浓度低 ， 反应缓慢 ， 腐蚀试验费时费事 ， 难以满足工程实际的 需要 。因此 ，对于混凝土抗硫酸盐腐蚀性能的试验 研究 主要是采用实验室加速的方法来进行。 目前 。 在我国已形成了几种实验室常用的混凝土抗硫酸盐 腐蚀 的试验方法 ， 归纳于下表 1 。 表 1 我国混凝土抗硫酸盐腐蚀试验方法主要研究成果 3 目前试验 方 法中存在 的问题 我 国先后 3次制定 的国家标 准 G B 7 4 9 1 9 6 5 、 G B T 2 4 2 0 1 9 8 1 、 G B T 7 4 9 2 0 0 1中 ， 水泥抗硫酸盐 腐蚀试验方法及评价指标都存在着不足之处 ， 将这 些方法用在混凝土上来评价混凝土的抗腐蚀性 ， 不 能完全反映混凝土的抗硫酸盐腐蚀能力。 国内一些科研单位采用的混凝土抗腐蚀性能的 试验方法都不同程度的派生于此， 也具有局限性。 美 国材料试验学会的标准 ( A S T M方法 ) ， 以膨 胀性来衡量混凝土的抗腐蚀性。而混凝土实际工作 的环境中。 膨胀破坏多数是在有环境、 荷载等约束条 件下发生的 ， 试验中的膨胀是无约束情况下的膨胀 值， 两者之间的差异尚需研究 ， 且膨胀率的测定对试 验条件及精度要求较高。 目前采用较为广泛的方法主要是全浸泡法和干 湿循环法 。从理论上来说 。 与以往国家标准方法主 要的不 同点是抗腐蚀系数不再沿用抗折强度 比， 而 采用抗压强度 比 这个指标能更准确地评价抗腐蚀 性。干湿循环法也已应用于工程实际中， 它最大的 优点在于 比全浸法的试验周期短 ， 这对于试验是极 为有利的。 它提出两个新评价指标 ： “ 强度耐蚀系数” 和“ 质量耐蚀系数 ” 。 但也有些学者质疑干湿循环法 2 6 能否客观代表真实的工程腐蚀环境。 无论是各国沿用的标准 还是 目前主要采用的 长期浸泡法和干湿循环法 。各种硫酸盐侵蚀的测试 方法中都存在着许多问题 。很难真实可靠的反应实 际的情况 ， 其中比较突出的问题是 ： 试验周期较长 ， 不能满足工程实际的需要 。对混凝土是否被腐蚀破 坏缺乏科学的界定、可靠的评价指标等。一系列的 问题有待进一步解决 ，还需努力探索一个既能真实 反应实际情况 。 又能缩短试验验周期的科学试验方 法 。 参考 文献 ： 1 胡波 混凝土抗硫酸盐侵蚀快速评估方法研究 D 重 庆： 重庆交通大学， 2 0 0 7 2 肖 延亮。 李光伟， 杨忠义应 重视水利水电工程的硫酸盐 侵蚀问题 J 水电站设计， 2 0 0 8 ， 2 4 ( 3 ) ： 8 O 一 8 2 3 王柏源 环境水对水工混凝土硫酸盐侵蚀破坏的实例及 研究 J 水电自 动化与大坝监测， 1 9 8 5 ， 9 ( 2 ) ： 1 2 1 6 4 戈雪 良， 曾力 ， 张超 混凝土抗硫酸盐侵蚀试验方法 及评价指标研究r e ， 腌 发光 ， 张仁瑜 混凝土标准规范 及工程应用 北京： 中国建材工业出版社， 2 0 0 5 ： 1 6 2 1 6 4 5 陈东， 卢长谷 水泥耐蚀性能评定方法新探 J 水泥 ， 1 9 9 4 ， 2 1 ( 1 ) ： 3 8 4 0 6 马孝轩 ， 冷发光 ， 郭向勇 混凝土材料( 下转 第 2 9页 ) 第 8 期 程臻赞 ： C I F混凝土增效剂对混凝 土耐久性 的影响研究 第 4 8卷 气泡能有效改善和提高混凝土拌和物的和易性和稳 定性能。图 1 和图 2分别是混凝土不同冻融循环次 数后的质量损失率和动弹模量的变化情况。可 以看 出， C 3 0等级的混凝土随着抗冻次数的增加 ， 质量损 失不断增大 ， 基准组在抗冻次数 7 5次之前质量损失 率增长较小 ， 7 5次冻融循环之后 ，质量损失迅速增 大。 冻融循环达到 1 2 5次 。 质量损失达到 4 ， 动弹模 量下降达 3 5 8 。 掺人 C T F增效剂之后 ， 试件质量损 失基本呈现出均衡的增长过程 。 至冻融循环 1 5 0次 时 ， 质量损失达到 2 4 。 动弹模量下降到 4 1 1 。 C 5 0等级混凝土随抗冻次数增加 ， 质量损失为 0 。 前 5 O次冻融循环质量基本没有变化。基准组冻融 番 卷 稠 i 嗵 i 教 稃 C5 0 - 0 。 F= 一 冻融循环次数 图 1 混凝土质量损失率 冻融循环次数 图2 混凝土动弹性模量变化 循环 5 O次后试件质量开始增加 ， 动弹模量下降 ， 1 2 5 次时 ， 动弹模量下降至常温时的 6 3 4 ， 当冻融循环 达到 1 5 0次时。其中两个试件发生冻胀开裂。对比 组冻融循环 5 O次之后试件质量开始增加 ， 动弹模量 下降， 1 5 0次时， 动弹模量下降至 8 1 2 。 C 5 0基准组冻融循环 5 0次后质量增长幅度大 于对 比组。C 3 0混凝土冻融循环破坏呈现冻融剥蚀 破坏 ， 破坏从表面逐步向内部发展 ， 首先是表面砂浆 层 ， 然后是集料暴露 ， 质量损失增大， 相对动弹模量 不断降低 。掺入 C r I F增效剂之后 ， C 3 0对比组上述 过程变缓。C 5 0等级 的混凝土呈现的破坏形态为冻 胀开裂破坏 ， 冻融循环 5 O次质量不变 ， 5 O次之后质 量开始增加 ， 试件表面开始出现微裂纹 ， 随着冻融次 数的增加 ， 微裂纹条数不断增加 ， 冻融后期裂纹迅速 扩大发展成为贯穿裂缝 。 试件破坏。 3结 语 ( 1 ) C T F增效剂的分散作用使混凝土机构形成 稳定细密的气孔 ， 均化 了混凝土结构 ， 隔断毛细孔 ， 在减少水泥用量 1 0 ， 掺人 0 6 C T F增效剂 的条件 下 ， 可有效改善混凝土抗渗性能， 平均减小渗水高度 达 1 0l n l n 。 ( 2 ) C T F增效剂 能极大提高混凝土抗冻性 ， 减 少混凝土冻胀破坏 的发生 。对于 C 3 0混凝土 ， 可减 低冻融循环过程 中的混凝土质量损失 ，增加冻融循 环次数 ； 对于 C 5 0混凝 土 ， 可减小动弹性模量的降 低 ， 减低混凝土在冻融循环过程中裂缝的数量 ， 提高 抗冻性能。 参考 文献 ： 1 吴中伟，陶有生中国水泥和混凝土工业的现状与问题 J 硅酸盐学报， 1 9 9 9 ， 2 7 ( 6 ) ： 7 3 4 7 3 8 2 孙志强 ， 袁海东 增效剂在混凝土中的应用研究 J 商品 混凝土， 2 0 1 0 ， 7 ( 9 ) ： 3 6 3 8 3 许富， 杨元霞 C T F混凝土增效剂对纯水泥砂浆性能的 影响 J 商品混凝土， 2 0 1 1 。 8 ( 1 ) ： 4 3 4 6 4 陈美祝， 周明凯， 李北星水 泥基材料中高效减水剂应用效 果的检测方法 J 武汉理工大学学报， 2 0 0 7 ， 2 9 ( 4 ) ： 1 4 5 孙志强， 袁海东 增效剂在混凝土中的应用研究 J 商品 混凝土， 2 0 1 0 ， 7 ( 9 ) ： 6 0 6 3 ( 上接第2 6页) 抗硫酸盐腐蚀试验方法研究 J 建筑科学 ， 2 0 0 5 ， 2 1 ( 1 1 ) ： 2 2 2 6 7 吴长发 水泥混凝土抗硫酸盐侵蚀试验方法研究 D 四 川： 西南交通大学， 2 0 0 7 8 贺瑞春， 陈记豪， 赵顺波 混凝土受硫酸盐腐蚀的试验方 法r j 华北水利水电学院学报， 2 0 0 8 ， 2 9 ( 3 ) ： 3 0 3 2 9 乔宏霞 高性能混凝土抗硫酸盐侵蚀试验研究 D 兰州： 兰州理工大学 ， 2 0 0 3 1 0 马继明 高性能混凝土的抗硫酸盐、 镁盐侵蚀研究 D 乌鲁木齐 ： 新疆农业大学 ， 2 0 0 5 2 9