混凝土硫酸盐侵蚀研究

本文根据结晶产物和破坏形式的不同阐述了混凝土硫酸盐侵蚀破坏的四种机理,分析了影响影响混凝土硫酸盐侵蚀的内因（水泥品种、混凝土的密实性和配合比）和外因（侵蚀离子浓度、环境酸度）,以及几种常用掺合料对混凝土抗硫酸盐侵蚀性能的影响,并给出提高混凝土抗硫酸盐侵蚀的建议、方法。     

夏特水电站水工混凝土抗硫酸盐侵蚀耐久性试验研究

硫酸盐侵蚀是影响地下工程混凝土耐久性的一个重要因素.是对混凝土危害性最大的一种环境腐蚀效应.结合新疆克州夏特水电站地下水硫酸根离子超标,具有强腐蚀性的特点,以当地水泥厂生产的水泥和本地骨料为基础,通过采用普通水泥掺入一定比例的粉煤灰、比选外加剂、严格控制水灰比等工艺措施,按工程设计要求配制混凝土试件,应用混凝土抗硫酸盐侵蚀的试验方法,设计单位开展了普通硅酸盐水泥代替抗硫酸盐水泥的混凝土抗硫酸盐侵蚀耐久性试验研究.研究结果表明:通过调整胶凝材料和混凝土配合比等措施,普通水泥配制的混凝土能满足设计抗硫酸盐性能的要求,根据施工预算分析,有望较大幅度节约工程建设投资.     

硫酸盐侵蚀对混凝土微观形貌的影响

硫酸盐是一种危害性较大的侵蚀性介质,是影响混凝土结构耐久性的重要因素之一.研究硫酸盐对混凝土微观结构的影响具有重要意义.通过扫描电镜试验研究分析了浸泡时间、硫酸盐溶液类型、混凝土强度等级对混凝土微观形貌的影响.结果表明,同等级混凝土浸泡在相同浓度下的不同溶液中,以硫酸钠和硫酸镁复合溶液侵蚀破坏程度最为严重;氯离子的存在可以减轻混凝土受硫酸盐腐蚀的破坏程度;相同浸泡条件下,C40混凝土受硫酸盐侵蚀最为严重.     

掺矿渣微粉砂浆和混凝土的抗硫酸盐侵蚀性能

通过实验研究了水胶比和矿渣微粉掺量对砂浆抗硫酸盐侵蚀能力的影响，并进一步研究了掺加矿渣微粉对混凝土抗硫酸盐侵蚀能力的影响．结果表明：普通磨细矿渣微粉只有在掺量大于65％(质量分数，下同)时，才能提高砂浆的抗硫酸盐侵蚀能力；而含激发剂的矿渣微粉掺量在50％以下时，便可提高砂浆的抗硫酸盐侵蚀能力；掺加65％的普通磨细矿渣微粉或者掺加50％的含激发剂的矿渣微粉，均能提高混凝土的抗硫酸盐侵蚀能力．     

抗硫酸盐侵蚀测试方法评述

论述了几种抗硫酸盐侵蚀的测试方法,并对每种方法的优缺点进行了评述,指出了其中存在的问题,并提出了测试方法的研究方向.     

硫酸盐侵蚀混凝土的理论模型与数值仿真

针对一维工况下的硫酸盐侵蚀混凝土过程,基于Fick第二定律,考虑硫酸根离子的自由扩散作用以及铝酸三钙、水化铝酸钙、单硫型硫铝酸钙的消耗对其扩散的影响,建立了硫酸根离子扩散模型.利用Matlab软件编制程序,对硫酸盐侵蚀混凝土过程进行数值仿真,仿真结果和实测结果基本吻合,并揭示了混凝土试件内部硫酸根离子和铝酸三钙含量随侵蚀深度的变化规律.     

水泥基材料在硫酸盐结晶侵蚀下的劣化行为

采用水泥砂浆在硫酸钠溶液中半浸泡的试验方法,测试不同配比的砂浆外观形貌、抗压抗折强度等宏观性能,并通过分析砂浆孔结构、孔隙率、微观形貌以及腐蚀产物,探讨半浸泡条件下,硫酸盐结晶对砂浆造成侵蚀破坏的影响因素。研究结果表明:在半浸泡条件下,砂浆表面所生成的白色硫酸钠晶体含量与砂浆的水灰比和掺入的矿物掺合料有关;随着半浸泡时间增加,水泥砂浆表面逐渐被剥蚀,抗压抗折强度先增大后逐渐降低;砂浆中孔径在30nm以上的孔是导致砂浆受到侵蚀的主要孔隙;大量结晶物聚集在砂浆孔隙中并结晶膨胀造成了砂浆的物理结晶侵蚀;掺入适量的活性矿物掺合料能有效降低砂浆中孔径在30nm以上毛细孔的数量,提高砂浆抗硫酸盐结晶侵蚀能力。     

电脉冲用于混凝土抗硫酸盐侵蚀加速试验方法初探

实际工程中水泥混凝土硫酸盐侵蚀过程缓慢,常采用加速试验方法评价其抗硫酸盐侵蚀性能。通过分析现有方法的特点,提出基于电脉冲原理的混凝土抗硫酸盐侵蚀性能加速试验方法。测试了不同水灰比、浸泡方式与粉煤灰掺量的混凝土在不同侵蚀条件下的抗蚀系数,利用扫描电镜分析了电脉冲作用下硫酸盐侵蚀机理。试验结果表明,电脉冲加速了混凝土的硫酸盐侵蚀,基于电脉冲原理的混凝土抗硫酸盐性能加速试验方法技术可行。     

地下混凝土结构硫酸盐及氯盐侵蚀的耐久性实验

针对硫酸盐及氯盐共同侵蚀下混凝土中SO 42-和Cl-的扩散规律和性能劣化特征进行室内模拟实验研究。研究结果表明:硫酸根与氯离子在混凝土中扩散短期内起到相互牵制效应,SO 24-与水泥水化产物的合成物和Cl-生成的F盐堵塞孔隙,延缓侵蚀离子扩散。硫酸根与氯离子共同侵蚀下,抗侵蚀系数和抗渗透性能先增加后减小,同时水灰比、粉煤灰对抗侵蚀性及渗透性影响明显。实验研究指出物理侵蚀发生的最明显温度在21~24℃之间,缓解温度在30~35℃之间,较小的相对湿度(RH为45%)、较高的温度变化加快了硫酸盐物理侵蚀。微观测试和分析表明,Friede盐、大量钙矾石(AFt)以及硫酸钠结晶物,导致了混凝土内部结构松散劣化,Na,S和Cl等侵入元素的存在说明有害物质侵入痕迹。     

新灰关联理论在混凝土受硫酸盐侵蚀研究中的应用

根据灰色系统理论中灰关联分析的方法,引用灰关联分析的一种新的理论模型,分析不同参数在侵蚀后的混凝土强度衰减中的比重。为混凝土受硫酸盐侵蚀研究提供一个有效的分析方法。     

深度渗透密封剂(DPS)对混凝土抗硫酸盐侵蚀性能的影响

通过在混凝土表面不同部位喷涂DPS,研究其对硫酸盐环境中混凝土的阻渗性能、抗物理盐结晶性能以及抗化学腐蚀性能的影响,并分析DPS喷涂于不同部位时,混凝土受硫酸盐侵蚀的机理及劣化的过程.研究结果表明:对混凝土迎水面喷涂DPS,能有效提高混凝土的抗渗性能及抗硫酸盐化学侵蚀性能:背水面喷涂DPS,能较有效地提高混凝土抗硫酸盐物理盐结晶侵蚀性能.     

初始损伤对混凝土硫酸盐腐蚀劣化性能的影响

通过试验研究含初始损伤混凝土在硫酸盐腐蚀和干湿循环共同作用下的性能,分析了不同初始损伤程度混凝土随腐蚀时间的增加,其质量、超声波传播速度、强度、单轴压缩应力应变曲线以及声发射活动的变化,运用损伤力学对腐蚀损伤进行定量评价和参数拟合,基于声发射特性建立含初始损伤混凝土的腐蚀受荷损伤模型并进一步分析其损伤演化过程,借助环境扫描电镜与电子能谱技术观测分析受硫酸盐腐蚀作用初始损伤混凝土微结构的变化,揭示其损伤机理.试验结果表明,随着腐蚀时间的增加,不同初始损伤程度混凝土的质量、超声波传播速度和强度均呈先增大后减小,初始损伤程度增加会加速混凝土在腐蚀作用下物理力学性能的劣化,其影响存在阈值,分别以抗压强度、超声波速为损伤变量可以建立混凝土的腐蚀损伤劣化方程,并进一步得出不同损伤表达式间的函数关系;相同腐蚀时间下,初始损伤的增加使声发射活动减弱且产生明显的声发射的时间滞后;初始损伤下,基于声发射特性的混凝土损伤演化过程可分为初期压密阶段、损伤稳定演化阶段和损伤加速发展阶段3个阶段;初始损伤的增加使混凝土内部腐蚀反应更为活跃,微裂纹网络体系比无初始损伤状态下更加发达,呈现龟裂状延伸和扩展,进而改变了混凝土的宏观物理力学性质.     

基于核磁共振技术的硫酸盐侵蚀下混凝土孔隙率发展规律分析

针对不同浓度硫酸盐侵蚀下混凝土损伤过程中孔结构退化规律问题,对混凝土进行不同质量分数硫酸盐的冻融循环试验。采用核磁共振技术对混凝土损伤过程中的孔结构变化以及试验过程中的质量和相对动弹性模量变化进行分析。结果表明:不同质量分数硫酸盐侵蚀下T₂谱中第一峰变化明显,且同时期随着硫酸盐质量分数的增加,T₂谱第一峰变化幅度增大;盐冻环境下T₂谱第一峰面积与冻融循环次数之间符合指数关系,水冻环境下T₂谱第一峰面积与冻融循环次数之间符合线性关系;微小孔隙率发展与冻融循环次数之间符合线性关系;孔隙率与冻融循环次数、硫酸盐质量分数之间符合显著的线性关系;混凝土的质量和相对动弹性模量损失随着硫酸盐质量分数的增加而增加。     

碱矿渣陶粒混凝土密实性及硫酸盐腐蚀试验

通过孔结构、抗渗性和硫酸盐腐蚀试验,研究碱矿渣陶粒混凝土的密实性以及受硫酸盐腐蚀混凝土的退化性能.研究结果表明,对于同种骨料,碱矿渣混凝土的密实性优于普通混凝土;对于同种水泥,陶粒混凝土的电通量较高,其密实性比砾石混凝土的差.混凝土在硫酸盐溶液中浸泡会使混凝土强度先提高再降低,但碱矿渣混凝土强度下降幅度比普通混凝土的小,且碱矿渣陶粒混凝土的下降幅度比碱矿渣砾石混凝土的小.碱矿渣陶粒混凝土具有较好的耐硫酸盐腐蚀能力.     

混凝土在硫酸盐溶液中的腐蚀模型

混凝土在硫酸盐溶液中的腐蚀破坏是一种常见的混凝土破坏形式,研究混凝土抗硫酸盐腐蚀破坏对于混凝土工程具有重要意义。混凝土在硫酸盐溶液中受腐蚀的过程是一个循序渐进的过程,这个过程包括固液界面的表面吸附、硫酸盐溶液的扩散过程以及硫酸盐在混凝土试件内部的化学反应和物理结晶等物理化学过程。研究表明:可以采用Fick第二扩散定律来描述硫酸盐在混凝土中的扩散过程;硫酸盐溶液中,混凝土试件的固液相界面处发生物理吸附和化学吸附,并存在表面化学反应。     

掺铜渣水泥砂浆的抗硫酸盐侵蚀性能

本试验通过改变铜渣比表面积和激发剂用量并以10%、20%、30%的掺量掺入硅酸盐水泥制成水泥胶砂试件,在硫酸盐溶液中侵蚀一定龄期,研究不同性状的铜渣水泥试件抗蚀性能的变化规律。同时利用XRD衍射试验对试件侵蚀产物进行分析。试验结果表明:铜渣活性被激发后,与水泥水化产物Ca(OH)2发生化学反应,生成的水化硅酸钙可提高水泥基材料的抗硫酸盐侵蚀性能;而激发剂Na_2SO_4的引入,可直接增加水泥基内部的硫酸根离子的浓度,对水泥基的抗硫酸盐性能有不利影响。     

硅铝质掺合料对含石灰石组分水泥基材料硫酸盐侵蚀的影响

通过腐蚀试验后试件的外观形貌和强度变化、腐蚀物相分析,研究较低环境温度下硅铝质掺合料对含石灰石组分水泥基材料硫酸盐侵蚀的影响。结果表明：随着硅铝质掺合料掺量的增加,含石灰石粉硅酸盐水泥试件外观完整性明显提高,强度损失率逐渐降低;当硅铝质组分掺量为15%、30%时,矿粉对含石灰石组分水泥基材料抗硫酸盐侵蚀的改善作用明显优于相同掺量的粉煤灰;硅铝质组分能够延缓较低环境温度下含石灰石粉硅酸盐水泥的硫酸盐侵蚀,抑制腐蚀物相碳硫硅钙石的生成。     

混凝土抗硫酸盐侵蚀试验方法

为配合《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》(GBJ82-85)的修订工作,编制组对国内外混凝土抗硫酸盐腐蚀的研究和试验方法进行了充分的调研.对该调研分析报告进行梗概性介绍,旨在促进对外部硫酸盐侵蚀机制的了解和对混凝土试验方法标准的研究.列举了目前我国混凝土抗硫酸盐腐蚀研究的自然试验、室内加速试验以及浸泡方式对混凝土腐蚀性能的影响,并对中美两国相关试验方法标准作了对比.调查结果表明:我国广大地区混凝土受硫酸盐腐蚀现象普遍、问题严重.基于目前的研究现状和水平,室内加速腐蚀试验——全浸泡试验和干湿循环试验可为相关研究和实际工程提供参考依据.建议将这2种方法纳入《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》.     

电脉冲作用下水泥基材料硫酸盐侵蚀的影响因素

利用电脉冲加速外部硫酸根离子向砂浆内部迁移,研究了电脉冲作用下水灰比、侵蚀溶液种类以及电脉冲周期等因素对水泥砂浆硫酸盐侵蚀的影响,并利用扫描电镜观察受硫酸盐侵蚀后砂浆的微观结构.结果表明,硫酸钠溶液浸泡侵蚀180 d后,水灰比为0.3,0.4,0.5的砂浆抗折系数分别为1.03,0.98,0.94,抗压抗蚀系数分别为1.02,0.96,0.90;电脉冲作用下30 d后,各砂浆抗折系数分别变为0.98,0.95,0.90,抗压抗蚀系数分别为0.97,0.96,0.91,试件内部生成了大量的钙矾石,表明电脉冲加速了水泥砂浆的硫酸盐侵蚀.电脉冲作用下,在侵蚀溶液为硫酸镁的试件内部,部分水化硅酸钙(CSH)凝胶已转化为无胶凝性的水化硅酸镁(MSH),导致试件强度下降幅度大于硫酸钠侵蚀.此外,与周期为20 s的电脉冲相比,在周期为10 s的电脉冲作用下,试件受硫酸盐侵蚀的破坏程度更大.