混凝土抗硫酸盐侵蚀实验的研究.docx

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混凝土抗硫酸盐侵蚀实验的研究.docx

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混凝土抗硫酸盐侵蚀实验的研究

XX指导老师：

XXX

摘要：

本文采用沉淀滴定法测定在相同水胶比（0.4）的条件下，不同配比的混凝土浸泡在不同浓度的硫酸盐（离子浓度1000mg/l、4000mg/l、10000mg/l、20250mg/l）所受到的侵蚀情况不同，根据消耗氯化钡的量，从而计算出由不同比例单复掺U级粉煤灰、矿渣和不同掺量的粉煤灰、矿渣混合而成的混凝土在不同龄期（28d、60d、120d、180d）的抗硫酸盐侵蚀能力，从该实验中可知混凝土的抗侵蚀能力和粉煤灰、矿渣掺量的有关，掺量大则抗侵蚀能力强。

关键词：

硫酸盐；侵蚀；混凝土

Studyontheconcretesulphateerosion

XxXxxTutor:

XxXxx

Abstract:

Thisarticleiswrittenbytitrationmethodtodeterminethewaterspray（0.4）isinthesameconditions,differentproportionconcreteindifferentlevelsofsulphate（1000mg/l、4000mg/l、10000mg/l、20250mg/l）hadbeentheerosionofthesituationisdifferent,accordingtothequantityofconsumptionbariumchloride,thuscalculatedinproportiontothebackwithagradeiiflyashandaquantityofflyashamixtureofconcretenotthesameag（28d、60d、120d、180d）issueofresistingsulphateontheability.Fromtheexperimenttheabilitythaterosionresistaneeofconcreteadmixtureofflyashandslag,therelevant,whiletheadmixtureofbigerosionresistaneeability.

Keywords:

Sulphate;Erosion;Concrete

水泥混凝土是应用最广、使用数量最大的材料，是经济建设的重要物质基础，它广泛应用于工业与民用建筑、道路与桥梁工程、港口工程与水利工程等各种工程结构中⑴0由于水泥混凝土中原材料一一砂、石来源丰富、具有制作工艺简单、成型容易、成本低廉等特点，长期以来被人们认为是一种耐久性良好的建筑材料。

在工程中所使用的水泥混凝土的强度和耐久性直接关系结构和建筑物的安全性和经久耐用性。

最近，中国工程院专家通过大量调查研究指出，我国现今建筑工程的平均寿命不到30年，其原因除了大拆大建的人为因素外，主要是我国工程结构和建筑物的耐久性设计标准过低。

一方面在材料选择和使用中存在重强度而忽视环境作用下的耐久性要求；另一方面，不少设计、施工单位将技术规范的最低要求作为唯一标准，而实际上我国的设计标准本身就低于发达的先进国家。

因此，造成我

国大批建设工程“未老先衰”或使用寿命周期中的“耐久性基因缺陷”。

硫酸盐侵蚀是影响混凝土结构耐久性的重要因素之一[2-4]。

一些工程，因设计、施工忽视环境中的化学侵蚀，已发生多起混凝土结构与工程的硫酸盐侵蚀破坏事故，造成损失不小，如农三师图木舒克市的49团医院、平安里水库输水干

渠和希尼尔水库输水东干渠、635水利枢纽发电洞竖井混凝土结构等。

随着乌鲁木齐在南湖、西山、米东区和五零零水库地区建设的发展，抗侵蚀是这些地区混凝土耐久性中不可回避的新问题，研究含有关硫酸盐侵蚀混凝土的实验具有重要的现实意义。

原因是上述几个地区有丰富的流经煤层的地下水，含有较高的硫酸盐，经有关专业部门检测，南湖地下水中SQ2-浓度达到3784mg/L，

沙区北园春地下水中SO2-浓度达到1244mg/L。

硫酸盐侵蚀是混凝土侵蚀中最广泛和最普通的一种形式，多年来，国内外许

多学者在侵蚀机理方面做了大量的研究工作，并得到了一些结论。

但由于其复杂性，到目前为止仍没有一种研究方法能快速而真实地揭示混凝土硫酸盐侵蚀的机理，有时由于环境条件和测试手段的不同，得到的结论也会有所不同，甚至相互

矛盾。

1试验原材料

1.1混凝土实验原材料

水泥：

本实验采用青松水泥厂的42.5普通硅酸盐水泥

粉煤灰：

选择苇湖梁热电厂生产地晨科牌优质粉煤灰

高炉粒化矿渣粉：

八钢生产、屯河水泥厂磨细加工的矿渣粉

骨料：

本实验均采用符合国家标准GB/T17671《水泥胶砂强度检验方法（ISO法）》要求的在中国境内生产、销售、使用的标准砂

外加剂：

选用天山建材FDN高效减水剂作为本课题研究所使用的高效减水剂养护用水：

试验中拌合水和养护水均用试验室自来水

1•2混凝土实验仪器

抗折仪（河北献县鑫建建材设备长DKZ-5000）

电子秤（上海香川电子仪器有限公司XK3190）

1•3滴定实验仪器及试剂

电子天平（上海衡平仪表厂FA1604）、硫酸钠（西安化学试剂厂分析纯）氯化钡（西安化学试剂厂分析纯）、酚酞指示剂（西安化学试剂厂分析纯）

2实验方案和方法

在相同水胶比（0.4）的条件下，单复掺U级粉煤灰，不同掺量（30%50%）的粉煤灰混凝土的不同龄期（28d、60d）120d180d）的抗硫酸盐侵蚀能力规律[5-6]。

其设计思路如下：

表2-1单、复掺粉煤灰与矿粉高性能混凝土试验配合比（水胶比0.4）

编号

普通硅酸盐

水泥（青松

P-C42.5）用

量（%）

苇湖梁电厂n级粉煤灰用量

（%）

八钢理化高炉矿渣粉用量

（%）

水胶比

胶砂比

减水剂

2日掺量

（%）

30.00

0.00

0.4

2.20

1.25

50.00

0.00

0.4

2.20

1.20

0.00

30.00

0.4

2.20

1.25

0.00

50.00

0.4

2.60

1.25

22.50

7.50

0.4

2.00

1.25

20.00

10.00

0.4

2.00

1.25

15.00

0.4

2.30

1.25

37.50

12.50

0.4

2.40

1.20

33.30

16.70

0.4

2.40

1.20

A10

25.00

0.4

2.50

1.00

为模拟一些实际工程的基础浇筑完成不久就会遭受硫酸盐侵蚀的特

殊情况，将试件按最不利条件养护3天后分别浸泡：

1）硫酸根离子浓度

Omg/I的淡水；2）硫酸根离子浓度1000mg/l;3）硫酸根离子浓度4000mg/l;4）硫

酸根离子浓度10000mg/l;5）硫酸根离子浓度20250mg/l;五种不同浓度的硫酸根离子浓度的溶液中。

通过硫酸盐侵蚀实验，测试不同试件在不同溶液中浸泡不同时间的抗折强度，计算抗折系数，分析高性能混凝土在水胶比相同，不同掺合料掺

量，不同侵蚀龄期的情况下对混凝土抗侵蚀性能的影响。

水泥抗硫酸盐侵蚀标准试验方法国内有GB749-65慢蚀法和GB2420-81快速法两种，本实验宏观方法是参照GB/749-2008《水泥抗硫酸盐侵蚀试验方法》中的“浸泡抗蚀性能试验方法（K）”⑺。

通过侵蚀实验，研究混凝土中砂浆因侵蚀而发生的力学性质变化和侵蚀破坏现象。

本试验采用10mM10mrK60mm的^胶砂试件，以抗折系数作为判定指标，进行抗硫酸盐侵蚀实验。

其中抗蚀系数按如下公式进行计算：

K=f侵蚀溶液/f淡水

式中：

f侵蚀溶液一砂浆试件浸泡在侵蚀溶液中到规定龄期的抗折强度（MPa；f淡水一砂浆试件浸泡在淡水中与侵蚀溶液中试件同龄期的抗折强度（MPa；K—胶砂试件抗蚀系数。

评价试件抗硫酸盐侵蚀能力的强弱，以抗蚀系数K>0.8为抗蚀合格，KV0.8为抗蚀不合格，即认为试件被侵蚀破坏了。

3实验结果及结果的处理

对相同水胶比、不同掺合料掺量、不同龄期的胶砂试件的抗折强度、抗蚀数进行测定，测定结果见附表1。

在相同水胶比的情况下，养护3天后，浸泡在浓度为1000mg/l硫酸根离子中，各组试件抗侵蚀系数随龄期变化而变化的关系曲线如下：

数系蚀侵抗

6080100120

140

160

180

200

时间（天）

图3-1

A1:

粉煤灰掺量30%

A3:

矿渣微粉掺量30%

A2:

粉煤灰掺量50%

A4:

矿渣微粉掺量50%

时间（天）

数系蚀抗

A5:

粉煤灰掺量

A6:

粉煤灰掺量

A7:

粉煤灰掺量

注：

图3-2

22.5%，矿渣微粉掺量7.5%

10%，矿渣微粉掺量20%

15%，矿渣微粉掺量15%

0.95

80100120140160180200

时间（天）

1.15

204060

数系蚀侵抗

0.90

注：

图3-3

A8:

粉煤灰掺量12.5%，矿渣微粉掺量37.5%

A9:

粉煤灰掺量16.7%，矿渣微粉掺量33.3%

A10:

粉煤灰掺量25%，矿渣微粉掺量25%

在相同水胶比的情况下，养护3天后，浸泡在浓度为4000mg/l硫酸根离子中，各组试件抗侵蚀系数随龄期变化而变化的关系曲线如下：

100

120

140

160

180

200

时

间（

天）

注：

图3-4

注：

图3-6

A8:

粉煤灰掺量12.5%，矿渣微粉掺量37.5%

A9:

粉煤灰掺量16.7%，矿渣微粉掺量33.3%

A10:

粉煤灰掺量25%，矿渣微粉掺量25%

在相同水胶比的情况下，养护3天后，浸泡在浓度为10000mg/l硫酸根离子中，各组试件抗侵蚀系数随龄期变化而变化的关系曲线如下：

20406080100120140160180200

时间（天）

♦A2

tA4

A1:

粉煤灰掺量30%

A3:

矿渣微粉掺量30%

图3-7

A2:

粉煤灰掺量50%

A4:

矿渣微粉掺量50%

数系蚀抗

80100120140160180200

4060

A5:

粉煤灰掺量

A6:

粉煤灰掺量

A7:

粉煤灰掺量

时间（天）

注：

图3-8

22.5%，矿渣微粉掺量7.5%

10%，矿渣微粉掺量20%

15%，矿渣微粉掺量15%

302826242220

642

T—T—

无

//V

间

时

数系蚀抗

注：

图3-9

A8:

粉煤灰掺量12.5%，矿渣微粉掺量37.5%

A9:

粉煤灰掺量16.7%，矿渣微粉掺量33.3%

A10:

粉煤灰掺量25%，矿渣微粉掺量25%

在相同水胶比的情况下，养护3天后，浸泡在浓度为20250mg/l硫酸根离子中，各组试件抗侵蚀系数随龄期变化而变化的关系曲线如下：

注：

图3-10

A1:

粉煤灰掺量30%A2:

粉煤灰掺量50%

A3:

矿渣微粉掺量30%A4:

矿渣微粉掺量50%

注：

图3-11

A5:

粉煤灰掺量

A6:

粉煤灰掺量

A7:

粉煤灰掺量

22.5%，矿渣微粉掺量7.5%

10%，矿渣微粉掺量20%

15%，矿渣微粉掺量15%

数系蚀抗

1.26

1.24

1.22

1.20

1.18

1.16

1.14

1.12

1.10

1.08

1.06

1.04

1.02

1.00

0.98

时间（天）

注：

图3-12

A8:

粉煤灰掺量12.5%，矿渣微粉掺量37.5%

A9:

粉煤灰掺量16.7%,矿渣微粉掺量33.3%

A10:

粉煤灰掺量25%，矿渣微粉掺量25%

4总结

本实验采用了浸泡抗蚀性能试验方法，在水胶比（0.4）相同的条件下，单

复掺U级粉煤灰、矿渣，不同掺量（30%50%）的粉煤灰、矿渣组成的混凝土

在不同浓度的硫酸盐溶液中（离子浓度1000mg/l、4000mg/l、10000mg/l、20250mg/l）,不同龄期（28d、60d、120d、180d）的混凝土的抗硫酸盐侵蚀能力的规律。

（1）从以上曲线图可以看出，在水胶比，掺合料及侵蚀溶液浓度都相同的情况下，大多不同组的试件在低硫酸根离子浓度下引发抗蚀系数之间产生的差距不大。

（2）由图3-1、图3-4、图3-7、图3-10可知，在水胶比及侵蚀溶液浓度

相同的条件下，掺有U级粉煤灰50%勺试件的抗蚀系数明显高于掺有U粉煤灰

30%勺试件。

由图3-3、图3-6、图3-9、图3-12以及图3-2、图3-5、图3-8、图3-11可知，当U级粉煤灰掺量逐渐增多的同时，混凝土抗硫酸盐侵蚀能力随

之提高。

其原因正是随着U粉煤灰参量的增加，最终使混凝土所使用胶凝材料总量中的水泥熟料的矿物成分GS和GA相应减少。

GS和CA矿物成分水化反应生成侵蚀内因Ca（OH2和CAH反应式为：

GS+HdCSH+3Ca（OH2（侵蚀内因）

C3A+HO—CAH（侵蚀内因）

混凝土中胶凝材料的GS和GA越少，意味着Ca（OH2和CAH的生成数量就越少。

同时U粉煤灰还是活性混合材它的活性成分还会与混凝土中的水化产物Ca（OH2发生二次水化反应，生成稳定的水硬性物质一水化硅酸钙CSH等，使

混凝土中Ca（OH2进一步减小［8-9］。

（3）由图3-1、图3-4、图3-7、图3-10可知，在水胶比及侵蚀溶液浓度相同的条件下，掺有矿渣微粉50%勺试件的抗蚀系数明显高于掺有矿渣微粉30%的试件。

由此可说明掺入矿渣微粉可以明显的改善混凝土的抗硫酸盐侵蚀能力。

由图3-2、图3-5、图3-8、图3-11以及图3-3、图3-6、图3-9、图3-12可知，当矿渣微粉掺量逐渐增多的同时，混凝土抗硫酸盐侵蚀能力随之提高。

其原因与掺U粉煤灰的试件原理相同。

时光匆匆飞逝，四年的大学生活随着论文的完成，即将画上句点。

论文完成，得益于在大学生活中传授我们知识的各位老师，是各位老师渊博的专业知识，严谨的治学态度，使我有了完成论文所要求的知识积累。

本论文的顺利完成更得益于导师陈燕勤心血的倾注，从选题的确定、论文资料的收集、论文框架的确定、开题报告准备及论文初稿与定稿中对字句的斟酌无不大量倾注着陈燕勤老师的心血，如果没有陈老师的悉心指导就没有今天论文的完成，在此对导师陈燕勤表示深深得感谢！

陈老师指引我的论文的写作的方向和架构，并对本论文初稿进行逐字批阅，指正出其中错误之处，在她循循善诱的教导下使我有了思考的方向。

虽然，陈老

有教学任务，且同时带好几个同学的毕业论文，工作量很大，但是她在工作中对

待每一个同学的论文的严谨细致、一丝不苟的作风，使我深受感动，她将会是我

在今后的工作、学习中的榜样。

在此，谨向陈燕勤老师表示崇高的敬意和感谢！

谢谢陈燕勤老师在我撰写论文的过程中给与我的极大地帮助。

同时，论文的顺完成，离不开其他各位老师、同学和朋友的关心和帮助。

在整个的论文写作中，老师和同学积极地帮助我解答疑问，在他们的帮助下，论文

得以不断的完善。

另外，要感谢在大学期间所有传授我知识的老师，是你们的悉心教导使我有了良好的专业课知识，这也是论文得以完成的基础。

感谢所有给我帮助的老师和同学，谢谢你们！

参考文献：

[1]牛荻涛•混凝土结构耐久性与寿命预测[M].科学出版社,2003.

[2]MehtaPK.混凝土的结构性能与材料[M].祝永年,沈威,陈志源,译.上海：

同济大学出版

社，1991:

94-95.

[3]NevilleAT.heconfusedworldofsulfateattackonconcrete[J].CementandConcrete

Research2004,34:

1275-1296.

[4]柯伟.中国腐蚀调查报告[R].北京：

化学工业出版社,2003.

[5]王复生.大掺量矿渣水泥抗硫酸盐侵蚀性能测试方法研究[J].建筑材料学报.2009年8

月，第12卷第4期.

⑹冷发光，马孝轩，等.混凝土抗硫酸盐侵蚀试验方法[J].东南大学学报（自然科学

版）.2006年11月第36卷增刊（II）,46.

[7]欧阳东.混凝土抗硫酸盐侵蚀试验的一种新方法.腐蚀与防护.2003年9月第24卷第9期.

[8]覃立香.混凝土的硫酸盐侵蚀机理及影响因素[D].湖北:

武汉工业大学，1998.

[9]胡洋清，张启美，等.混凝土耐久性研究与工程应用手册[M].北京：

中国科技文化出版

社,2005.

附录：

单、复掺粉煤灰与矿粉高性能混凝土试验配合比（水胶比0.4）

试件编号

A10

水泥

水泥品种

青松

品种

42.5P.O

用量

70%

50%

70%

50%

70%

50%

掺合

二级粉

矿渣二级

料品

掺合料品种

煤灰

二级粉煤灰

矿渣微粉

微粉粉煤

种

灰

掺量

30%

50%

30%

50%

7.5%22.5%

10%20%

15%15%

12.5%37.5%

16.7%33.3%

25%25%

天山

萘系

高效

天山萘系高效减水剂

0.8%

减水

剂

水胶比

0.40

灰砂比

2.2

2.6

2.0

2.3

2.4

2.5

龄期侵蚀溶液

淡水

SO4

1000mg/L

28天

SO42

4000mg/L

SO42-

10000mg/L

SO42

20250mg/L

测试项

目

抗折强

度（MPa）

抗蚀系

数

抗折强

度（MPa）

抗蚀系

数

抗折强

度（MPa）

抗蚀系

数

抗折强

度（MPa）

抗蚀系

数

抗折强

度（MPa）

抗蚀系

数

A10

测试结果

8.82

6.76

10.76

11.05

8.91

9.58

9.91

7.39

8.87

9.18

1.00

9.13

7.93

12.30

12.65

10.04

9.31

10.74

7.71

10.69

10.80

1.04

1.17

1.14

1.15

1.03

0.97

1.08

1.04

1.21

1.18

9.85

7.43

12.19

12.53

9.31

10.23

11.26

7.65

11.13

10.54

1.12

1.10

1.13

1.04

1.07

1.14

1.03

1.25

1.15

9.98

6.87

12.23

13.82

9.60

10.83

10.99

8.49

10.11

10.74

1.13

1.02

1.14

1.25

1.08

1.13

1.11

1.15

1.14

1.17

8.81

7.69

11.58

12.95

9.30

9.24

10.58

8.09

10.67

10.41

1.00

1.14

1.08

1.17

1.04

0.96

1.07

1.09

1.20

1.13

试件编号

匸4,，亠亠测试项

龄期侵蚀溶液冃

目

抗折强

、/火卜度（MPa）

淡水抗蚀系

8.94

数

1.00

抗折强

SO42-度（MPa）

10.39

1000mg/L抗蚀系

数

1.16

抗折强

2个SO42-度（MPa）

11.27

月4000mg/L抗蚀系

数

1.26

抗折强

SO42-度（MPa）

10.68

10000mg/L抗蚀系

数

1.20

抗折强

SO42-度（MPa）

9.76

20250mg/L抗蚀系

数

1.10

A10

测试结果

8.86

12.20

11.46

10.36

10.35

10.82

8.20

9.62

10.45

1.00

9.43

13.56

12.65

10.59

10.88

11.88

8.75

10.96

11.31

1.06

1.11

1.10

1.02

1.05

1.10

1.07

1.14

1.08

11.57

12.55

12.53

11.61

11.69

12.46

9.12

11.68

11.48

1.31

1.03

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