掺合料混凝土抗硫酸盐性能及评价方法

水泥 2006-10-31

摘要:研究了硅灰、矿渣微粉和粉煤灰三种常用矿物掺合料对混凝土抗硫酸盐腐蚀能力的影响。试验结果表明:三种矿物掺合料均可改善混凝土的抗硫酸盐腐蚀能力,作用效率由高至低依次为:硅灰>矿渣>粉煤灰;掺合料混凝土中砂浆膨胀值发展与混凝土硫酸盐腐蚀程度有良好相关性,采用混凝土中砂浆的膨胀值和抗压强度比两项指标能较准确的评价混凝土抗硫酸盐腐蚀的能力。

关键词:矿物掺合料; 硫酸盐腐蚀; 砂浆膨胀值; 抗压强度比; 混凝土

中图分类号: TU528. 01　　文献标识码:A　　文章编号: 1006 - 7329 (2006) 04 - 0118 - 03

　　随着建筑业的高速发展,现代混凝土工程正朝着大跨、高层、重载方向发展,并要求在恶劣的环境条件下使用较长年限,但是,混凝土材料非常复杂,工程破坏的原因多种多样,迫切要求对混凝土的长期性能进行深入研究。特别是当前国家西部大开发的战略部署,很多基础设施诸如桥梁、涵洞、大坝、公路建设正在或即将建设,确保及尽可能延长其寿命至关重要[ 1 ] 。

SO4 2 - 由外界渗入到混凝土结构,使混凝土性能逐渐劣化,这是一个复杂的物理化学过程,这个过程受较多因素影响,主要包括内因和外因,其中内因有混凝土的水灰比、孔隙率、水泥品种和用量、骨料品种及外加剂,外因是混凝土所产处的硫酸盐侵蚀环境特点,如阳离子类型、SO4 2 - 浓度、溶液温度以及侵蚀溶液的pH 值等。内因可以通过影响混凝土的密实度、水化铝酸钙和Ca (OH) 2 含量来影响硫酸盐侵蚀;而外因主要是通过影响硫酸盐反应的发生条件和机理影响混凝土的劣化速度,由于环境中的SO4 2 - 浓度、温度和pH不同, 若水位有变动,混凝土还会处于干湿循环环境状态,使实际工程中混凝土受硫酸盐破坏的形态也不同。此外,随着侵蚀溶液的pH值和环境温度和条件的不同, 混凝土破坏的机理也有所差异[ 2, 3, 4, 5 ] 。

1　试验

1. 1　原材料

水泥采用重庆腾辉地维水泥有限公司生产的P. O. 32. 5R水泥。掺合料采用磨细的重庆珞璜电厂的粉煤灰,重庆环亚建材厂生产的S95级矿渣粉,贵州铁合金厂生产的硅灰,比表面积分别为470 m2 /kg、425 m2 /kg、20 000 m2 /kg,化学成分见表1。粗骨料采用南泉5～20 mm连续级配的石灰石碎石,表观密度为2 700 kg/m3。细骨料采用简阳河砂,细度模数为2. 4,表观密度为2 710 kg/m3。外加剂采用重庆江韵外加剂厂生产的JY - 1泵送剂,推荐掺量为1. 5%。

1. 2　试验方法

试验采用相同水胶比,研究不同矿物掺合料在不同掺量下的混凝土抗硫酸盐腐蚀的能力,混凝土配合比见表2。
　　　　　　　　

由于我国目前尚无混凝土抗硫酸盐腐蚀的标准测度的Na2 SO4 溶液浓度为20% , 减少砂浆的膨胀值,且效果较为明显,从150 d 的测试浸泡温度分别为20 ℃、40 ℃、60 ℃,在试件浸泡的最结果看,与普通混凝土砂浆相比,采用硅灰的膨胀值可初的14 d, 每天调节溶液的pH =7,14 d 后每隔3d 调降至25% , 采用矿渣的膨胀值可降至52% , 采用粉煤节一次溶液的pH, 每隔7d 调节一次Na2 SO4 溶液的灰的膨胀值可降至64% , 相比之下,在同龄期时掺入浓度,测试侵蚀试件和基准试件的抗折、抗压强度以及硅灰时的砂浆膨胀值明显低于矿渣与粉煤灰,结合硫膨胀值。试验分别从水中标准养护3d 后开始侵蚀。酸盐腐蚀的破坏机理,我们可以认为,在试验研究的掺之后各系列砂浆经水中、硫酸钠溶液中每浸泡到规定合料中,提高混凝土的抗硫酸盐腐蚀的依次顺序为:硅龄期时,各取一组进行抗折与抗压强度试验,测试抗折灰>矿渣>粉煤灰。强度比与抗压强度比,以及膨胀率作为抵抗侵蚀破坏能力的判据。

　　由于目前尚无被广泛认可的混凝土硫酸盐腐蚀的测试方法以及相应的评价方式,结合硫酸盐腐蚀破坏的特点和本课题研究的系列测试结果,认为,由于硫酸盐腐蚀至混凝土破坏的周期较长,采用测定混凝土中砂浆的膨胀值的变化最准确,并且可以看出混凝土膨胀值与腐蚀具有良好的相关性,同时也可以推测出混凝土受其腐蚀的程度;当采用测定抗压强度的损失时, 在试件破坏之前,也可以看出变化趋势,但效果不明显;当采用抗折强度比时,在试件腐蚀破坏之前,基本看不出其变化规律,且在测试过程中现所测试件的离散性较大,很难准确的评价混凝土抗硫酸盐的腐蚀能力。

3　结论

1) 在试验研究的掺合料中,提高混凝土的抗硫酸
2) 在选择混凝土受硫酸盐腐蚀的测试方法时,如测定混凝土中砂浆膨胀值发展,可发现与混凝土硫酸盐腐蚀程度有良好的相关性,采用抗压强度比和抗折强度比评价抗腐蚀能力时,在180 d 前抗压强度比可出现比1. 00 小的系数,但抗折强度比则基本未出现比1. 00 小的系数,且在测试过程中发现,测定抗折强度的离散性大,不易控制。为了对在建混凝土结构工程具有实际指导意义,建议采用混凝土砂浆膨胀值和抗压强度比两项指标进行综合评定。

参考文献:

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[2] 　RaphaelTixier. ModelingofDamage in cement-basedmaterialssubjectedtoexternal sulphate attack. Ⅱ: Comparision with experiments 〔J〕. Journal ofMarterials in Civil Engineering, 2003: 314 -322.

[3] 　Jacob, Blaustein, Ben -Gurion. Stability of silica concrete based on quartz bond in water, sodium sulphate, and sul2 phuric acid solutions 〔J 〕. British Ceramic Transactions, 2001, 100 (3) : 129 -133.

[4] 　Sundara Raj,A. ; Srinivasan, S. ; Ganesh Babu, K,. Effect of magnesium and sulphate ions on the sulphate resistance of blended cements in low and medium -strength concretes 〔J〕. Advances in Cement Research, 2005, 17 (2) : 47 -55.

[5] 　Gutt,W. H. ,Russell,A. D. Blastfurnace slag as coarse aggregate for concrete stored in sulphate solutions for 22 years J〕.MagazineofConcreteResearch,1989,41 (146):33 39.

[6] 　叶建雄. 矿物掺合料对混凝土氯离子渗透扩散性研究〔J〕. 重庆建筑大学学报, 2005, 27 (3) : 89 -92.

原作者：叶建雄　杨长辉　周熙　陈科

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