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混凝土抗硫酸盐侵蚀

2020-08-03 08:35 作者:金沙电玩城 点击:

  混凝土抗硫酸盐侵蚀_化学_自然科学_专业资料。混凝土抗硫酸盐侵蚀 1 前言 研究混凝土抗硫酸盐侵蚀必须制定一 套合理可行的试验方法,在既定试验方法的 基础上还必须指定某些评价指标来衡量混 凝土抗硫酸盐侵蚀的性能。但是,我国至今 还没有统一的用于混

  混凝土抗硫酸盐侵蚀 1 前言 研究混凝土抗硫酸盐侵蚀必须制定一 套合理可行的试验方法,在既定试验方法的 基础上还必须指定某些评价指标来衡量混 凝土抗硫酸盐侵蚀的性能。但是,我国至今 还没有统一的用于混凝土抗硫酸盐侵蚀的 试验方法及评价混凝土抗硫酸盐侵蚀性能 的指标。因此,对于混凝土抗硫酸盐侵蚀试 验方法及评价指标的研究意义重大。 2 中国国家标准侵蚀方法及评价指标 我国曾先后三次制定了用于水泥抗硫 酸盐侵蚀的试验方法的国家标准: GB749—1965、GB/T2420—1981 和 GB/ T749——2001,但是这些试验方法和评价指 标都还存在着一些缺点或不足。 我国早期的国家标准 GB749—19651ll 基本上是沿用前苏联 1954 年的 H114—54, 采用 1:胶砂,试件为 10mm×l0mm×30mm 的 长方形试体。为保证试验结果的一致性,试 件为加压成型,湿气中养护 1d,淡水中养护 14d,然后一部分试件仍然在淡水中养护, 另一部分放人含有硫酸盐的环境水或人工 配制的硫酸盐溶液中,养护至 6 个月。水泥 的抗蚀性以腐蚀系数表示。腐蚀系数是同一 龄期的水泥胶砂试件在侵蚀溶液中的抗折 强度与在淡水中的抗折强度之比。评定准则 为:6 个月时的腐蚀系数小于时,则认为该 种水泥在该环境水或该浓度的硫酸盐溶液 中抗蚀性能较差。 该方法的优点是有明确的评定标准,但 是该方法需要成型的试件数量多,试验周期 长。 同时, 该方法没有指明侵蚀溶液的浓度, 没有考虑在高-浓度和低-浓度时侵蚀机 理的不同等问题。 在 GB749—65 的基础上又发展了 GB/ T2420—1981[2]的测试方法, 采用 1: 胶砂, 10mm×l0mm×60mm 棱柱形试体,压力成型, 1d 养护箱养护,7d50‘E 水中养护,28d 常 温侵蚀,侵蚀溶液采用 S 瞵—浓度为 2%的 硫酸钠溶液。还可根据需要,采用天然环境 水,或变更硫酸钠的浓度。以抗蚀系数表示 抗蚀能力,抗蚀系数的定义同腐蚀系数。不 论 GB/T749—65 还是 GB/T2420—81, 均采 用小尺寸水泥胶砂试件,都不能完全反映混 凝土的抗硫酸盐侵蚀能力。 我国最新颁布的水泥抗硫酸盐侵蚀试 验方法 GB/T749—2001[3]是以膨胀率作为 评价水泥抵抗硫酸盐侵蚀能力的指标,该方 法类似于 ASTM 的试验方法。 3 外国国家标准侵蚀方法及评价指标 目前常用美国材料与测试协会的标准 评价硫酸盐侵蚀,有两种测试方法: ASTMCA52—95[5]“暴露于硫酸盐中波特兰 水泥砂浆的潜在膨胀性的测试方法”; ASTMC1012—95[5]“暴露于硫酸盐溶液中 的水硬性水泥砂浆的长度变化的标准测定 方法”。 ASTMC452—1995 是以测定水泥的潜在 膨胀性来评价水泥抗硫酸盐侵蚀性能的;水 泥浆试件尺寸为 25mm×25mm×285mm,至一 定龄期用比长仪测定浸泡在 5%硫酸盐溶液 中的试件长度。 [-] 膨胀率=--------------------×100% L0 式中 L——试件浸到龄期的长度,mm; L1——参数对比的试件一定龄期的长度,mm; L0——试件原始长度, ,胶砂比采用 1: ,试 体尺寸为 25mm×25mm×285mm,初期养护后 测定初始长度,并将所有试体浸入硫酸盐溶 液中,在各龄期测定长度。在成型测长砂浆 棒的同时,还成型立方体试件,以检测强度 变化。测试一种水泥所需的一套试件由 6 个 砂浆棒和多达 21 个立方体组成。 这两种测试方法都考虑了 Na2S04 和 MgS04 两种侵蚀溶液的影响, 在 ASTMCA52 测 试方法中,硫酸盐是作为混合物加到砂浆中 的,棱柱体存放于水中,这样不能正确评价 混合水泥和粉煤灰及矿渣与硅酸盐水泥混 合物的抗硫酸盐侵蚀性能,而 ASTMC1012 是 将试件浸在硫酸盐溶液中,所以可以用来研 究各种水泥的抗硫酸盐侵蚀性能。然而 ASTMCA52 和 ASTMC1012 共同的不足之处是试 件尺寸采用 25mm×25mm×285mm,由于试件 体积小,成型时的微小变化都可能对试验的 结果产生显著的影响,从而使试验结果的离 散性很大。 在英国、日本等国对抗蚀性本身不做任 何规定,只规定抗硫酸盐水泥的品质指标, 认为达到该指标的水泥均具有一定的抗硫 酸盐侵蚀性能。 在德国,采用了氧扩散法[刮,试件的 灰砂比为 1: 3, 规格为 10mm×40mm×l60mm. 试件成型 2d 后脱模,放人 20℃的 Ca2 饱和 溶液中,在 14d 时再移人%的 Na2S04 溶液 中,分别在 5℃或 20℃的温度下养护。在各 龄期连续测定试件的长度变化、共振频率和 质量变化,并计算试件的弹性模量。采用氧 扩散法测定经 20℃硫酸盐溶液浸养试件的 渗气性并计算它们的有效扩散系数。 最后就是以前苏联、罗马尼亚等国为代 表,采用水泥试件在侵蚀环境中一定龄期的 强度与淡水中相同龄期强度的比值来评价 抗蚀性。 4 国内科研单位提出的抗硫酸盐侵蚀方 法及评价指标 目前,国内在研究混凝土受硫酸盐等盐 类侵蚀时,各科研单位有提出过相应的试验 方法和评价指标,但是这些方法都不同程度 地效仿了上述国家的三类标准测试方法,因 此也具有一定的局限性。 华南理工大学与广东省水利厅的试验 方法[7]采用砂浆试件,将 40cm×40cm×l60cm 的棱柱体试件在 50℃水 中养护 7d 后进行侵蚀试验。于室温下浸泡 16h,一组浸泡在 20℃水中,另两组分别浸 泡在%的 Na2SO4 和 3%的 Na2SO4 溶液中, 于 75℃烘 7h, 冷却 1h, 以此作为一个循环, 共进行 28 个循环,然后测试砂浆的抗折强 度,并按下式计算其相对抗折强度 K:K=砂 浆在硫酸钠溶液中循环后的抗折强度/砂 浆在自来水中相同循环后的抗折强度最后 试验结果以 K 值的大小来相对的评价砂浆的 抗侵蚀性能。 东南大学与南京长江二桥建设指挥部 的试验方法[8]采用混凝土试件,参考水泥 抗硫酸盐侵蚀标准 GB749—65 方法进行,试 件尺寸为 l0cm×l0cm×10cm,成型后标养 28d,一组浸泡在 3%的 Na2SO4 溶液中,每 两个月换一次溶液,浸泡 150d,另一组于水 中养护。最后以混凝土的抗压强度变化率来 相对的比较混凝土的抗侵蚀的能力。 暨南大学与广州大学的试验方法[9]采 用混凝土试件, 试件尺寸 10cm×l0cm×l0cm, 成型后标养 7d, 将试件边角易损部分小心清 理干净, 放于 5%2SO4 和 5%Na2SO4 溶液中, 1d 后, 测体积为原始体积, 28d 后再测体积, 其间不调整溶剂,不调整 pH 值,两体积之 差为混凝土体积的膨胀值,均采用排水法测 体积。测完体积后分别再测混凝土的抗压强 度。最后以体积膨胀值和强度损失率来比较 混凝土的抗侵蚀性能。 西北院科研所的试验方法[10]采用砂 浆试件,分为“快蚀法”和“慢蚀法”两种 方法。均将 MgSO4 和 Na2SO4 加入蒸馏水中 配置成 SO42-的含量分为 7000mg/L、 20250mg/L 和 3000mg/L 的溶液:“快蚀 法”,根据“水泥抗硫酸盐试验方法 GB2420—80进行,控制试件胶砂比为 1: , 水灰比为,试件尺寸 10mm×l0mm×60mm,采 用挤压成型,24h 脱模,将试件放在 50℃水 中养护 7d, 然后分别放入侵蚀液中浸泡 28d, 然后测抗折强度。 K=浸泡在侵蚀液后的抗折强度/自来 水中浸泡相同龄期的抗折强度最后以“抗 蚀系数”K 的大小来评价各种材料的相对抗 侵蚀性能。 “慢蚀法”,根据“水泥抗硫酸盐试验 方法 GB749—65”进行,此法控制胶砂比为 1: ,水灰比为,试件尺寸为 10mm×l0mm×30mm,采用挤压成型立即脱模, 先在相对湿度大于 90%的湿气中养护 1d, 再放人淡水中养护 14d,然后在侵蚀液中浸 泡 6 个月。 最后同样用 K 来评价抗蚀能力,所不同 的是,此法用 K 值小于时就认为该砂浆不耐 蚀。 该院还利用溶液 SO42-的含量为 2500mg/L 时的试验数据分析出了“快蚀法” 与“慢蚀法”间的规律: F6=+ 式中 F6——慢蚀系数; K——快蚀系数。 5 修订中的混凝土抗硫酸盐侵蚀试验方 法 正在修订中的 GBJ82—85《普通混凝土 长期性能与耐久性试验方法标准》 ,混凝土 抗硫酸盐侵蚀是其中的重要一部分。该标准 在修订过程中提出将混凝土抗硫酸盐侵蚀 试验方法按混凝土的强度等级分为“全浸 泡法”和“干湿循环法”两类,强度等级在 C30 以下的普通混凝土拟采用“全浸泡法”, 强度等级在 C30 以上的普通混凝土拟采用于 湿循环法。这两种方法最后能否采用尚不清 楚,但是其独到之处值得学习、借鉴,下面 就两种方法做简单介绍。 全浸泡法该法成型 100mm×l00mm×l00mm 的混凝土试件,标养 28d 将试件取出,然后移入 5%Na2SO4 溶液 中,侵蚀龄期从试件移人起开始计算。按试 验设计龄期分别取出一组试件测定在侵蚀 介质中以及清水中相同龄期、相同配比的混 凝土抗压强度,求出抗腐蚀系数 K 值。 该法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以往方法的抗折 强度比。硫酸盐侵蚀混凝土后会在混凝土内 部产生一定量的钙矾石,这种矿物一般具有 典型的发射形针状结构且互相紧密搭接,这 样的结构对于提高混凝土的抗折强度是很 有利的,因此用抗折强度比来定义抗腐蚀系 数容易造成混凝土抗蚀性能的假象。而用抗 压强度比来定义抗腐蚀系数显然可以避免 这方面的问题。 。 干湿循环法该法的试验过程与国内一 些科研单位提出的相似,但具体的评价指标 方面变化较大。试件标养 28d 进行干湿循环 试验。大致循环制度是:试件在适宜的侵蚀 溶液中浸泡一段时间,然后放人一定温度的 烘箱中烘干一段时间,冷却称重以及测抗压 强度为一循环。固定每一循环的时间。每隔 一定循环后称一次质量,并做一组抗压强度 试验,同时观察经过循环后混凝土表面的破 损情况。 该方法在评价指标方面也未采用以往 的抗折强度比,而是提出两个新评价指标: “强度耐蚀系数”和“质量耐蚀系数”。 “强度耐蚀系数”和“质量耐蚀系数”的 大致含义是在进行了次循环后混凝土的相 对抗压强度值与当次循环次数占试验最大 循环次数的百分数的乘积。 该方法还定义当混凝土质量耐蚀系数 在 95%以上或强度耐蚀系数在 75%以上即 认为抗硫酸盐侵蚀性能合格。 6 结语 GB749—1965、GB/T2420—1981、GB/ T749—2001 三个版本的水泥抗硫酸盐侵蚀 试验方法及评价指标本身就存在着不足,确 切地说 GB749—1965 是用于评定水泥抗侵蚀 性的标准,这个标准的优点是与使用环境相 似, 工程意义明显, 其缺点是试验周期太长; 而 GB/T2420—1981 是用来比较水泥抗侵蚀 性的标准,这个标准的优点就是试验周期短, 但是其有着重大的缺点,该标准只规定了试 验方法等内容,但是试验用试件尺寸偏小, 且对试验结果未加任何说明。以至于试验所 得的结果对水泥抗侵蚀性的评价无从谈起。 而国内一些科研单位采用的试验方法都不 同程度的派生于此,也具有局限性。 以美国为代表的 ASTM 方法中,以膨胀 性来衡量混凝土的抗侵蚀性,这与混凝土的 实际工作环境不符,因为在大量的建筑物中 混凝土的侵蚀膨胀破坏有时是在有环境、荷 载等约束条件下发生的,而试验中的膨胀是 在无约束情况下的膨胀值,因此以该膨胀率 来衡量抗侵蚀性能也是不妥的。 修订中的混凝土抗硫酸盐侵蚀试验方 法,拟分为全浸法和干湿循环法两大类。对 于全浸法主要的弊端还是试验周期太长,不 利于实验室展开研究;对于干湿循环法则主 要是利用温度的变化控制来加速侵蚀性离 子在混凝土内部的结晶膨胀,但是到底采用 多高的温度最适宜研究混凝土的抗侵蚀性 能我们不得而知。另外,采用干湿循环法时 是否还存在用什么侵蚀溶液浸泡最合适、最 佳浸泡浓度是多少、最佳浸泡时间多长等问 题需要推敲,这些都需要做进一步的研究。 混凝土抗硫酸盐侵蚀

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