低温环境水泥基材料侵蚀论文

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1.引言

硫酸盐侵蚀是影响混凝土耐久性的重要因素之一。长期以来,钙矾石(3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O)被认为是混凝土受到硫酸盐侵蚀后造成混凝土结构破坏的主要产物。本文以自制的水泥砂浆试件为研究对象,从环境因素和材料组成两方面研究了低温环境下水泥基材料TSA侵蚀破坏的影响因素,从而为研制抗TSA侵蚀的混凝土材料及解决、防治建筑物的TSA侵蚀危害提供有价值的参考信息。

2.试验研究

本试验原材料来源于沈阳本地,通过试验来研究混凝土的抗硫酸盐侵蚀性能,并通过其在硫酸盐侵蚀条件下外观、强度及矿物成分的变化,提供混凝土抗TSA型硫酸盐腐蚀性能定性鉴定方法的理论数据。

2.1试验材料

试验所用材料为:祁连山牌42.5级的普通硅酸盐水泥;石灰石粉末为磨细后的石灰岩,其比表面积为400m/kg,砂为本地河砂,细度模数为Mx=2.6,属中砂,表观密度为2650kg/m;侵蚀溶液为采用化学纯的无水硫酸钠配制硫酸钠侵蚀溶液。

2.2试验方案

试验所用试件尺寸为40mm×40mm×160mm,将制备好的砂浆试件1d后脱模,置于水中养护28d后,将水泥砂浆试件A-0,A-1,A-2,A-3,A-4置于5℃、5%的硫酸钠溶液中浸泡,试件B-1,B-2,B-3置于温度为5℃,浓度分别1%,3%,5%的硫酸钠溶液中浸泡,每天对溶液予以补充以保证恒定的溶液浓度,每周更换一次溶液以避免发生碳化反应,定期测定硫酸盐侵蚀后的砂浆试件的抗压、抗折强度,利用XRD等微观手段分析腐蚀矿物成分。试验配合比详见表2-2。

3试验结果与讨论

3.1水灰比的影响

水灰比分别为0.4,0.5,0.6的水泥砂浆试件A-1,A-2,A-3经于5℃、5%的硫酸钠溶液中浸泡后,从表观上看,在开始的120d内,各试件外观均无明显的腐蚀破坏痕迹,表面光滑、致密。到240d时,各试件均出现了一定程度的破坏迹象,到360d时,水灰比0.4的试件的棱角处没有明显的开裂、剥落,只有部分表面出现小的腐蚀斑点;水灰比0.5的试件部分棱角脱落、开裂,表面出现了较多的腐蚀坑、起皮现象,但没有大面积的表面浆化现象;水灰比0.6的试件整个表面出现开裂、脱落、软化现象,表现出典型的TSA破坏特征。对A-1,A-3试件取样做XRD图谱分析,结果表明,试样A-3中的衍射峰表现出了与石膏和碳硫硅钙石极为相似的特征峰(石膏的特征峰为:7.56,4.27,3.06)非常接近,进而可初步判断出试件A-3在经硫酸盐侵蚀后生成了大量的碳硫硅钙石致使试件内部水化硅酸钙解体而出现软化、掉皮等现象,而从XRD图谱物相组成来看,试样A-1则主要为钙矾石和石膏晶体,还有少量的碳硫硅钙石。

从试验的的强度变化曲线可知在开始浸泡的120d之前,3种砂浆强度不但没有下降,反而还有所增长,说明短期的硫酸盐侵蚀对试件的强度没有产生破坏影响,但随着时间的延长,各砂浆强度开始降低且很明显,到360d时,水灰比为0.4,0.5,0.6砂浆的抗折强度分别损失了3.1%,7.8%和48.2%;抗压强度分别损失了14.5%,22%和77.1%。由此可见,水灰比越高,在低温的硫酸盐侵蚀环境下砂浆越有利于发生和发展TSA,且强度变化均呈现出先增加后降低这一趋势。

3.2石灰石掺量的影响

砂浆的强度变化曲线中显示,在浸泡到120d以前,各砂浆试件的抗折强度不但没有降低都有所提高,到了240d时掺有石灰石粉的砂浆A-3与A-4的抗折强度损失率都明显低于A-0,这主要是由于早期硫酸盐侵入内部生成的钙矾石和石膏晶体填充了砂浆件表面孔隙,提高了结构的密实度,并侵蚀破坏没有对试件中间没有产生明显的破坏,因此抗折强度没有降低,这与外观破坏程度相吻合,由此可见石灰石粉的加入在短期内可提高砂浆的抗侵蚀性,这也与目前的许多研究结果相一致。但是随着时间的延长,强度损失率差距明显,到了360d时A-0,A-4,A-3砂浆试件的抗折强度损失分别为23.2%,26.1%,49%;抗压强度损失分别为58.6%,59.1%,72.9%。由此可见掺入少量的石灰石粉是有可能对抵抗长期硫酸盐侵蚀起到有利作用的,但是掺入的量较多时则会加速TSA的侵蚀破坏,强度损失加剧。

4.结论

(1)降低水灰比可使砂浆的空隙结构细化,提高密实度,强度损失减小,并在一定程度上减缓了TSA侵蚀破坏的过程,使砂浆的抗硫酸盐侵蚀能力提高。

(2)石灰石粉的掺入可改善水泥砂浆的水化产物,优化其空隙结构,因此少量石灰石粉的掺入有利于提高水泥砂浆初始强度与短期抗TSA侵蚀性能,但掺入的量较多时则会加速其TSA侵蚀破坏的过程。

(3)在同等温湿环境下,随着侵蚀溶液浓度的提高对水泥砂浆的侵蚀作用增强,致使砂浆强度损失加大,加速了TSA侵蚀破坏的发生与发展。

(4)根据材料宏观性能演变过程,将TSA侵蚀分为三个阶段:诱导期,衰减退化期,软化解体期。而在TSA侵蚀环境下水泥基材料的宏观性能通常表现为先增强、后降低的变化规律。

【参考文献】

[1]李金玉等.高浓度和应力状态下混凝土硫酸盐侵蚀性的研究,重点工程混凝土耐久性的研究与工程应用,中国建材工业出版社,2001.

[2]杨建森,张祖绵,杨维武.石灰石硅酸盐水泥性能研究[J].宁夏工学院学报,1996,8(2):24-3