硫酸盐侵蚀混凝土研究现状.doc

　　硫酸盐侵蚀混凝土研究现状 混凝土是目前使用最广泛的结构材料，其耐久性将直接影响着结构的安全性、可靠性、耐久性，国内外对混凝土耐久性进行了大量的研究，取得了相当多的研究成果。混凝土硫酸盐侵蚀是危害性较大的一种侵蚀性介质破坏,也是影响混凝土耐久性的重要因素之一,同时还是影响因素最复杂、危害性最大的一种环境水侵蚀【[l]武志刚,王彩瑞.混凝土硫酸盐侵蚀试验中的思考[J].化学工程与装备,2008(6):77一78】。我国沿海海水硫酸盐含量约 1400mg/L~2700mg/L，因此沿海地带的跨海大桥以及众多海洋工程都将受到硫酸盐的侵蚀破坏，同时硫酸盐侵蚀混凝土时又受到外界众多因素的影响，每种因素的影响效果和作用机理并不完全相同，这就需要对硫酸盐在外界因素影响下对混凝土的侵蚀破坏进行研究，探索其破坏机理，建立可靠的综合损伤模型，并进一步为硫酸盐侵蚀下混凝土寿命预测提供理论基础。 1 硫酸盐侵蚀混凝土微观机理 目前国内外对硫酸盐侵蚀混凝土宏观和微观机理都有大量的研究，普遍得到的结论是硫酸盐侵入混凝土内部造成膨胀破坏，出现石膏型侵蚀、钙矾石型侵蚀、碳硫硅钙型硫酸盐侵蚀、硫酸盐结晶型侵蚀。 　　水泥水化产物在硫酸盐环境下并不是所有的产物（C-S-H,CH,C-A-H)能处于稳定状态，会发生如下化学反应： 　　Ca(OH)2+C-S-H+SO42-+H2O CaSO4.2H2O 　　Ca(OH)2+C-S-H+MgSO42+H2O CaSO4.2H2O+Mg(OH)2+SiO2.xH2O 　　3CaO.Al2O3.Ca(OH)2.(12-18)H2O+SO42-.2H2O+H2O 3CaO.Al2O3.3CaSO4.32H2O 　　Ca(OH)2+C-S-H+SO42-+CO32-+H2O CaSiO3.CaCO3.CaSO4.H2O 1.1石膏型侵蚀 　　石膏侵蚀易受外界环境的影响，有研究表明只有在SO42-含量大于1000mg/LH和PH小于12.9【刘赞群】时才会有石膏的生成，当 PH小于11.6-12【高润东】时钙矾石的分解也会生成石膏，反应方程如下： 　　氢氧化钙生成石膏： 　　 Ca(OH)2+SO42-+2H2O CaSO4.2H2O+2OH- 　　钙矾石分解生成石膏： 　　3CaO.Al2o3.3CaSO4.32H2O+4SO42-+8H+ 4CaSO4.2H2O+2Al(OH)3+12H2O 　　石膏作为硫酸盐侵蚀混凝土破坏最重要的原因之一，有报告称石膏的从生成会引起体积膨胀为原来的1.24倍【黄战】，进而导致混凝土出现膨胀应力的破坏。 　　金祖权[18]对矿渣混凝土硫酸盐腐蚀研究，试验中从微观层面对侵蚀产物进行了分析，结果表明：腐蚀产物主要为石膏 和钙矾石相比于水化产物Ca (OH) 2 和CA H 凝胶,腐蚀产物的体积增加了50 %以上，最后对混凝土造成膨胀破坏，但是对于此时的体积膨胀原因金祖权并没有进一步说明。相反，对于石膏的膨胀破坏，Hanson认为生成石膏的体积不可能比原混凝土内部空隙以及消耗掉的氢氧化钙的体积大，石膏并不会引起混凝土的膨胀破坏。 　　高润东采用热分析方法和硫酸钡重量法对侵蚀产物进行分析，低强度混凝土（) 观察了耦合作用下的混凝土微观结构演变过程中发现有钙矾石和石膏，并且会随着侵蚀时间的增长，侵蚀产物增多的现象，并且会在侵蚀过程中因干湿循环和荷载的作用，导致混凝土出现大量的裂缝，加速了硫酸盐的侵蚀，在宏观上表现为动弹性模量下降。 　　 E.F. Irassar[26]对在常温下的普通水泥和石灰岩水泥受硫酸盐侵蚀的微观研究，实验中从试样表面到混凝土的核心采用XRD进行研究，结果表明：掺有石灰岩的混凝土受硫酸盐的侵蚀下，具有从外部向内部扩散的特征，首先出现的是钙矾石，然后是石膏，最后当浆体破坏时出现碳硫硅钙石。 　　尽管国内外对钙矾石的破坏研究较多，钙矾石的生成与硫酸根的浓度、溶液的PH、干湿循环以及外部荷载作用下都有大量的研究成果，但是对于钙矾石的的膨胀破坏机理并没有统一的认识，对于是由于钙矾石自身的膨胀还是在碱性环境下钙矾石的吸水导致的膨胀破坏目前还处于研究阶段。 1.3 碳硫硅钙型侵蚀（TSA) 　　TSA化学方程式如下： 　　C3S2H3+2CSH2+2CC+24H 2C3SCSH15+CH 　　C6AS3H32+C3S2H3+2CC+4H 2C3SCSH15+CSH2+AH3+4CH 　　目前对于碳硫硅钙石的生成条件还在研究，得到的结论是碳硫硅钙石的生成条件与温度、PH、湿度都有关系，有研究表明在碱性环境时碳硫硅钙石能稳定存在，在的酸性环境下碳硫硅钙石就会分解成为碳酸钙和另外一种含钙的物质【刘赞群】，同样对于温度的影响效果也没有