硫酸盐镁盐复合侵蚀后混凝土的微观形貌特征

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混凝土硫酸镁侵蚀的探讨

混凝土硫酸镁侵蚀的探讨摘要：针对硫酸镁侵蚀机理和侵蚀过程进行了总结分析和探讨，对影响混凝土硫酸镁侵蚀的诸多因素进行了分析，并提出了提高混凝土抗硫酸镁侵蚀性能、改善混凝土耐久性的有效措施。

关键词：混凝土，硫酸镁侵蚀，机理，侵蚀过程大量混凝土耐久性试验以研究硫酸盐侵蚀机理为目的，为避免阳离子的影响，都采用了硫酸钠溶液作为侵蚀溶液，这使得关于硫酸镁溶液对混凝土侵蚀的试验研究相对较少。

硫酸镁做为硫酸盐的一种，在自然界中广泛存在。

并且它对混凝土有着更加剧烈的侵蚀作用，所以研究硫酸镁对混凝土的侵蚀具有重要的意义。

硫酸镁对混凝土的侵蚀作用并不能确定为Mg2+和SO42-侵蚀效果的简单叠加，因而想要详究硫酸镁溶液的侵蚀机理，必须对整个侵蚀过程进行系统全面的分析。

1 硫酸镁侵蚀机理及相关化学反应硫酸镁侵蚀的特点在于硫酸镁溶于水后形成Mg2+和SO42-，这两种离子都会引起混凝土的劣化，对混凝土结构造成伤害。

Mg2+与混凝土组分发生化学反应，生成侵蚀产物氢氧化镁和水化硅酸镁（MSH），SO42-与混凝土组分反应，生成的主要侵蚀产物有钙矾石（3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O）和石膏。

侵蚀初期，反应生成的Mg(OH)2沉积于混凝土表面，Mg(OH)2的溶解度很小，是无胶结能力的松散物，且强度不高，会在混凝土表面形成一个障碍层，阻止溶液的渗入，能起到一定的保护作用。

但是，随着时间的延长，生成的石膏和钙矾石越来越多，产生膨胀，使得混凝土表层处出现裂缝，为Mg2+和SO42-的进一步渗入提供了通道。

在硫酸镁溶液中，Mg2+和SO42-都要和Ca(OH)2发生反应，因此消耗了大量的Ca(OH)2，使得溶液PH 值下降，CSH凝胶脱钙分解，放出Ca(OH)2以维持混凝土内部的碱度，因而也就使混凝土丧失了粘结性、强度降低、表面软化。

Mg2+的侵蚀也能引起CSH的分解，Mg2+置换Ca2+生成MSH，MSH的粘结性很差，且强度不高。

混凝土中Thaumasite硫酸盐侵蚀的形成与特征

第1期
马保国, 等: 混凝土中 Thaumasite 硫酸盐侵蚀的形成与特征
15
泥基材料中 Thaumasite 国际研讨会的召开, Thauma site 的危害性才初步被人们所认识, 并且将其与钙矾石硫酸盐侵蚀区别开来进行研究与分析, 对 Thauma site 的形成、破坏形式及危害性进行了初步研究, 并进行了大量实验室研究工作。
图 1 钙矾石与 ThaumasiteXRD 图谱 Fig . 1 XRD patterns for thaumasite and ettringite
在 Thaumasite 微观结构的鉴别及测试方面, EDS( Energy Dispersive Spectroscopy) , DSC( Differential Scanning Calorimetry ) , SEM ( Scanning Electron Mi croscopy ) , BSE ( Backscattered Electron Mode ) , RDS ( Raman Dispersive Spectra) 等方法的综合运用是较为有效的手段[ 10- 13] 。研究证明, Thaumasite 是羽毛状, 并且结构比较细, 元素分析中含有 Si, 见图 2 和图 3[ 14] 。
2 混凝土 Thaumasite 硫酸盐侵蚀发生条件
有关 TSA 的生成条件, 不同的研究者有不同的观点, Crammond 认为其必须同时具备湿度、低温、SO42- 及 CO32- 离子源、活性的硅及铝条件[ 12] ; 而 Hartshorn 则认为只要混凝土中存在石灰石, 同时具备低温 ( ~ 5 ∀ ) 、高湿度及硫酸盐侵蚀的环境, TSA 就会发生[ 7] ; 但 S. Sahu 在近期的研究中又提出, TSA 在温暖环境中也有可能出现[ 14] 。综合

高性能混凝土的抗硫酸盐_镁盐侵蚀研究

新疆农业大学学报 2005 , 28(2):67 ～ 71 Journal o f Xin j iang Agricultural Universit y
文章编号 :1007-8614(2005)02-0067-05
高性能混凝土的抗硫酸盐、镁盐侵蚀研究
马继明 , 孙兆雄 , 葛毅雄 , 努尔开力 , 李双喜
盐侵蚀的研究在新疆地区具有重要意义。
新疆巴音郭楞蒙古自治州博斯腾湖东泵站工程
场址地
下水
中
S
O
2 4
-
浓度最大值为 12 728. 0
mg /L ,
M g2+浓度最大值为 1 378. 6 mg / L 。根据 G B50287
- 99《水利水电工程地质勘察规范》中“ 环境水对混
凝土腐蚀判定标准” , 硫酸盐对使用普通水泥混凝土
C3 S 50. 10
C2 S 12. 66
C3 A 5. 63
C4 AF 11. 29
高性能混凝土中胶凝材料(60%天山水泥 +40%矿渣微粉)
30. 06
3. 38
高性能混凝土中胶凝材料(55%天山水泥 +45%矿渣微粉)
27. 56
3. 10
注 :熟料中矿物成分含量的定量方法为鲍格(R H Bo gue)公式法[ 4] ;水泥中某矿物成分含量 =熟料中某矿物成分含量 ×水泥中熟料比例[ 5] 。
(College o f Water Conservancy and Civil Engineering , Xinjiang Ag ricult ural Universit y , Urum qi , 830052)
Abstract : In t he pape r , t he ef fects of sulfat e and mag nesium salt erosion o n o rdinary cem ent m ort ar samples and high perfo rmance concre te cement mo rta r samples w it h g round g ranulated blast furnace slag soaked in 4 densit y sulf ate and magne sium sal t soluti ons are studied. T he properit y of resistance t o sulfat e and mag nesium salt ero sion is evaluated by determini ng the st rengt h lo ss and ero sion resi stence coef ficent of all the cement m ort ar sam ples fo r 28 days , 2 m onths , 4 mont hs , 6 mo nt hs , 8 m onths , 10 mont hs , 1 y ear. T he macroscopical exiperim ent resul t show s ordi nary cement mo rtar samples'pro perity o f resistance to sulfat e and magnesium salt erosio n is bad in the 4 soultions ;on the co nt rary , hig h perfo rmance concret e cement mo rtar samples i s excellent , and it s ero sion resistance period in the 4 soultio ns are al l longer than 1 y ear. Key words: hig h perf orm ance concre te ;sulfat e sal t ;magnesium salt ;g round g ranulat ed blast furnace

混凝土中所含易被硫酸盐、镁盐等物质腐蚀的

表4.7.3性能对比
主要性能抗压强度 (MPa) 抗折强度 (MPa) 轴拉强度 (MPa) 抗压弹模 (GPa)
C30 OPC 39 5.1 3.1 27.8
C50 HPC 58 7 4.7 34.3
C60 HPC 69 5.4 5.2 35.9
抗冲磨失率(%)
7.1
3.2
2.5
表4.7.4 干缩
• 它具有早强高，韧性，匀质，耐久等特点。 • 适用于高层建筑、桥梁以及暴露在严酷环
境。
特点
• 高性能混凝土是一种新型混凝土，具有优良的和易性，高强和耐久性。
• 其主要特征如下图所示： ➢混凝土拌合物具有流态性、自密性、不振动或稍加振动即能保证成型混凝土均匀密实 ➢混凝土拌合物具有良好的粘聚性、保水性和可塑性，水下不分散、不离析、稳定性好、可泵性强。 ➢在混凝土凝结硬化过程中水化热低，利于大体积混凝土浇筑。混凝土硬化后体积稳定，收缩变形小，故混凝土内部微裂纹等缺陷少，结构均匀。 ➢混凝土的密实度高，抵抗水、侵蚀性液体及氯离子等渗透的能力强，对混凝土内钢筋有很强的保护能力。
C30 普通混凝土
C50 泵送混凝土
C60 泵送混凝土
水泥用量（Kg/cm3）
1级粉煤灰用量（Kg/cm3）
NSF-A硅粉水泥 + 粉煤灰 +
NSF-A 硅粉用水量 (Kg/cm3)
坍落度（cm）含气量（％）
28d抗压强度（MPa）
460 / /
460
200 20±2
/ 39
357 63 50~63 474
114~118 20±2 2.6 58
357 63 76~88 502
98~102 20±2

“混凝土硫酸盐结晶破坏”微观分析(Ⅰ)—水泥净浆

硅酸盐学报· 186 ·2012年“混凝土硫酸盐结晶破坏”微观分析()Ⅰ—水泥净浆刘赞群1，邓德华1，Geert DE SCHUTTER 2，刘运华3(1. 中南大学土木工程学院，中国长沙410075；2. Magnel Laboratory for Concrete Research, Department of Structural Engineering,Ghent University, Ghent, 9052 Belgium；3. 郴州市建设工程质量安全管理监督站，中国湖南郴州 423000)摘要：在多孔材料内部检测发现硫酸盐晶体是证明盐结晶破坏最直接的证据。

运用环境扫描电子显微镜、扫描电子显微镜、能谱仪和X射线衍射等微观分析手段，研究了稳定环境和变化环境中，硫酸钠溶液对半浸泡纯水泥净浆和水泥粉煤灰净浆的破坏作用，结果表明：在破坏的净浆试件中并没有发现硫酸钠晶体，反而发现大量的混凝土硫酸盐化学侵蚀产物(钙矾石和石膏等)晶体，硫酸盐化学侵蚀依然是引起净浆试件破坏的主要原因。

关键词：硫酸盐侵蚀；盐结晶；微观分析；水泥净浆中图分类号：O482.3 文献标志码：A 文章编号：0454–5648(2011)02–0186–08网络出版时间：2012–1–6 14:27:44 DOI：CNKI:11-2310/TQ.20120106.1427.002网络出版地址：/kcms/detail/11.2310.TQ.20120106.1427.002.htmlMicro-Analysis of “Sulfate Salt Weathering Distress on Concrete”: I. Cement PasteLIU Zanqun1，DENG Dehua1，Geert DE SCHUTTER 2，LIU Yunhua3(1. School of Civil Engineering and Architecture, Central South University, Changsha 410075, China; 2. Magnel Laboratory forConcrete Research, Department of Structural Engineering, Ghent University, Ghent, 9052 Belgium; 3. Chenzhou Bureau of Quality and Safety Supervision for Construction Engineering, Chenzhou 423000, Hunan, China)Abstract: In order to verify whether salt sulfate weathering is a mechanism causing porous materials damage, the trace of sulfate crystal can be identified by means of environmental scanning electron microscopy, scanning electron microscopy, energy dispersive spectrometer and X-ray diffraction as well. In this paper, the effect of Na2SO4 solution on the partially exposed cement paste and fly ash cement paste was investigated. The results showed that the crystals of Na2SO4 did not appear under the constant exposure or fluc-tuated exposure condition, however, there exsit a great amount of ettringite and gypsum as the corrosion products of chemical sulfate attack. It is indicated that the chemical sulfate attack is likely still the degradation mechanism for the paste deterioration.Key words: sulfate attack; salt weathering; micro-analysis; cement paste在自然环境中，当多孔材料(如石材、黏土砖等)半埋在含有可溶性盐(如硫酸钠、硫酸镁、氯化钠等，特别是硫酸钠)的土壤、地表水和地下水中时，就会在暴露于空气中的部分表面产生大量结晶盐，并伴随剥落、胀裂等破坏现象。

硫酸盐对碾压混凝土侵蚀开裂的机理微观分析

2005年3月SHUILI XUEBAO第36卷第3期文章编号: 0559-9350(2005)03-0360-05硫酸盐对碾压混凝土侵蚀开裂的机理微观分析高培伟,吴胜兴，林萍华，吴中如(河海大学土木工程学院，江苏南京 210098)摘要：本文通过偏光显微镜和电子显微镜研究了硫酸盐对碾压混凝土侵蚀的机理。

研究结果表明：硫酸盐从碾压混凝土裂缝进入是主要侵蚀方式，石膏的形成是主要的破坏形式，添加适宜种类和掺量的氧化镁类膨胀剂，可以增加浆体中的水化产物，以填充水泥浆体的毛细孔以及集料与浆体的间隙，提高密实度，从而提高碾压混凝土抗硫酸盐侵蚀的能力。

关键词：硫酸盐侵蚀；碾压混凝土；裂缝；膨胀剂；微观结构分析中图分类号：TQ172 文献标识码：A1 问题的提出硫酸盐对混凝土的侵蚀是影响因素最复杂、危害性最大的一种侵蚀，也是影响混凝土耐久性的一个重要因素[1,2]。

由于海水、地下水以及化工厂排放物中硫酸盐含量较高，在我国的沿海地区、西北地区、西南地区，许多电站、大坝、隧道及海岸、港口的混凝土均出现严重的硫酸盐侵蚀，如八盘峡电站的混凝土多处遭受侵蚀，出现了膨胀开裂、剥落现象，盐锅峡电站18个坝段中有14个存在硫酸盐侵蚀，排水孔和排水沟的强度接近于零，正在建的李家峡水电站钻孔也发现硫酸盐侵蚀问题[3,4]。

混凝土的抗硫酸盐侵蚀性与水泥熟料的矿物组成及其相对含量、混凝土的配合比、微观结构以及混凝土所处的周边环境等因素有关，尤其与混凝土中氢氧化钙和水化铝酸钙有很大的关系，水泥石中的不密实的孔隙、与外部相连的开口孔隙的大小也影响着混凝土抗硫酸盐性能。

当硫酸根离子随环境水从孔隙中侵入时，SO2-4与混凝土中Ca(OH)2反应生成二水石膏，而石膏又可以与水化铝酸钙、水化硫铝酸钙以及未水化的铝酸钙进一步反应，生成钙矾石，产生结晶压力并吸湿，引起混凝土的膨胀。

生成二水石膏和钙矾石后的体积分别增大 1.24和1.5倍，在混凝土内部产生巨大的膨胀压力，足以造成混凝土的开裂[5]。

电场及低温环境下不同镁盐和硫酸盐组合对水泥基材料碳硫硅钙石侵

ｐｅｒａｔｕｒｅｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｗａｓｓｔｕｄｉｅｄｂｙｃｏｒｒｏｓｉｏｎｄａｍａｇｅｇｒａｄｅｏｆＴＳＡ，ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｖｅｓｔｒｅｎｇｔｈｒａｔｉｏ，ＳＥＭ／ＥＤＳ，
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｍａｇｎｅｓｉｕｍｓａｌｔａｎｄｓｕｌｆａｔｅａｔｔａｃｋｏｆｃｅｍｅｎｔ — ｂａｓｅｄｍａｔｅｒｉａｌｓｕｎｄｅｒｅｌｅｃｔｒｉｃａＩｆｉｅｌｄａｎｄｌｏｗｔｅｎ— ｒ
第１９卷第６期２０１６年１２月
建
筑
材
料
学
报
Ｖｏ１．１９。Ｎｏ．６
Ｄｅｃ．，２Ｏ１６
ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＢＵＩＬＤＩＮＧＭＡＴＥＲＩＡＬＳ
文章编号：１００７ — ９６２９（２０１６）０６ — ０９９８ — ０７
（ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＣｈｏｎｇｑｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ４０００４５，Ｃｈｉｎａ）
下，阴极ＮａＳＯ溶液一阳极ＭｇＳＯ４溶液电极组合在侵蚀１２０ｄ时的侵蚀效果最明显，其次是阴极

硫酸盐对混凝土的侵蚀破坏

硫酸盐对混凝土的侵蚀破坏前言混凝土的抗硫酸盐侵蚀性是混凝土耐久性研究领域中最重要的组成部分，也是目前我国混凝土工程所面临的最严峻的问题之一。

土壤或岩石裂隙水中往往含有一定的硫酸盐离子（以SO42-浓度计），SO42-浓度的高低，对混凝土侵蚀破坏的程度也有所不同。

SO42-浓度低，对混凝土侵蚀破坏的程度低，甚至不会使混凝土产生破坏；SO42-浓度愈高，对混凝土侵蚀破坏程度愈严重，如桥、涵、闸、隧洞及其他地下工程等。

它可使水泥水化物丧失胶结能力，严重时可使水泥混凝土呈酥状或糊状，直至混凝土建筑物遭受破坏。

本次实践的课题重点探讨由外部引起的侵蚀。

水泥混凝土受侵蚀破坏主要是水泥石的受侵蚀破坏。

在水泥侵蚀破坏诸多类型中，产生的侵蚀内因基本一致，但以外部侵蚀介质的硫酸盐，镁盐侵蚀最为严重。

所以，进行水泥混凝土的抗硫酸盐、镁盐侵蚀试验，对提高普通水泥混凝土的抗侵蚀研究具有代表性和普遍性。

1 准备知识及基本原理在讨论硫酸盐侵蚀破坏机理之前，先简要介绍一下硅酸盐水泥的水化过程。

1.1 硅酸盐水泥水化机理（1）水泥熟料的矿物组成：硅酸盐水泥熟料主要成分为硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙（和铁铝酸四钙），主要水化产物有水化硅酸钙、水化硅酸钙凝胶（简称C-S-H凝胶）、氢氧化钙和水化铝酸钙等。

（2）水化产物硅酸三钙：2（3CaO·SiO2）＋6H2O=3CaO·2SiO2·3H2O＋3Ca(OH)2硅酸二钙：2（2CaO·SiO2）＋4H2O=3CaO·2SiO2·3H2O＋Ca(OH)2铝酸三钙：3CaO·Al2O3＋H2O=3CaO·Al2O3·6H2O3CaO·Al2O3·6H2O＋3（CaSO4·2H2O）＋19H2O =3CaO·Al2O3·3CaSO4·31H2O铁铝酸四钙：4CaO·Al2O3·Fe2O3＋7H2O=3CaO·Al2O3·6H2O＋CaO·Fe2O3·H2O水泥调水后，一方面C3S、C3A，C4AF等与水很快反应，另一方面石膏和熟料中含碱化合物亦迅速溶解，因此水泥的水化实际上是在含碱的氢氧化钙、石膏的饱和溶液中进行的。

长期浸泡作用下风积沙混凝土微观特性研究

SO3 content / %
Specific surface area / ( m2 ·kg - 1 )
Standard consistency water consumption / %
Volume stability
Fly ash
Cement
2. 1
2. 1
2 150
354
—
3 109
384
27. 25
和度的抗损伤劣化提升效果最为明显;李玉根等 [6-7] 研究指出,风积沙影响混凝土的抗冻性,100% 掺量风积
沙混凝土强度低,但抵抗冻融、盐侵效果最好;Xue 等 [8-9] 研究指出,风沙吹蚀为后续盐侵作用提供侵蚀通道,
盐侵作用使风积沙混凝土表面剥蚀松动,为吹蚀作用提供吹蚀缝隙,孔洞变化进一步加剧。
硅
第 42 卷第 11 期
2023 年 11 月
BULLETIN
OF
酸
THE
盐
CHINESE
通
CERAMIC
报
SOCIETY
Vol. 42 No. 11
November,2023
长期浸泡作用下风积沙混凝土微观特性研究
朱遂军1 ,汪金满1 ,王想想1 ,杨强斌2 ,李根峰2 ,杨效田3
concentration of magnesium sulfate is 3. 5% and the content of aeolian sand is 40% , the aeolian sand concrete still meets
the standard requirements after soaking for 360 d. At this time, the porosity of aeolian sand concrete is 2. 553% , of which

混凝土中的硫酸盐侵蚀分析

混凝土中的硫酸盐侵蚀分析一、背景介绍混凝土作为一种重要的建筑材料，在建筑工程中应用广泛。

然而，在实际应用过程中，混凝土会受到多种因素的影响，其中硫酸盐的侵蚀是混凝土损坏的常见原因之一。

硫酸盐的侵蚀会破坏混凝土的结构，降低其力学性能，严重时会导致混凝土的失效。

因此，深入了解混凝土中硫酸盐侵蚀的原理及其影响因素，对于保障混凝土结构的稳定性和安全性具有重要意义。

二、硫酸盐的侵蚀原理硫酸盐的侵蚀是指硫酸盐与混凝土中的水化产物反应，导致混凝土内部发生化学变化，从而破坏混凝土结构的过程。

硫酸盐侵蚀主要包括硫酸盐的化学反应和物理反应两个方面。

1. 硫酸盐的化学反应硫酸盐的化学反应是指硫酸盐与混凝土中的水化产物反应生成新的化合物，从而破坏混凝土结构。

硫酸盐与水化产物反应的化学式如下：Ca(OH)2 + 2H2SO4 → CaSO4·2H2O + 2H2O2. 硫酸盐的物理反应硫酸盐的物理反应是指硫酸盐与混凝土中的水化产物发生物理反应，导致混凝土内部产生膨胀和龟裂。

硫酸盐的物理反应主要有两种形式，即渗透膨胀和结晶膨胀。

三、硫酸盐侵蚀的影响因素硫酸盐侵蚀的程度受多种因素的影响，主要包括硫酸盐类型、浓度、温度、环境气候等。

1. 硫酸盐类型硫酸盐类型不同，对混凝土的侵蚀程度也不同。

常见的硫酸盐类型有CaSO4、MgSO4、Na2SO4等，其中MgSO4对混凝土的破坏最为剧烈。

2. 浓度硫酸盐的浓度越高，对混凝土的侵蚀程度越大。

一般来说，硫酸盐浓度超过5%时，对混凝土的破坏比较明显。

3. 温度温度对混凝土中硫酸盐侵蚀的影响较大。

在高温下，硫酸盐侵蚀速度加快，对混凝土的破坏也更为严重。

4. 环境气候环境气候对混凝土中硫酸盐侵蚀的影响也较大。

如在潮湿的环境中，混凝土中的水分会增加，从而加速硫酸盐的侵蚀速度。

四、硫酸盐侵蚀的评价方法硫酸盐侵蚀的评价方法主要包括重量损失法、强度损失法、电导率法、X射线衍射法等。

1. 重量损失法重量损失法是指将混凝土浸泡在硫酸盐溶液中，一段时间后取出，测量其重量变化，从而评价硫酸盐侵蚀的程度。

高质量混泥土的抗硫酸盐侵蚀性能分析

高质量混泥土的抗硫酸盐侵蚀性能分析混凝土是建筑中常用的材料之一，其性能对建筑物的耐久性和使用寿命具有重要影响。

在特定环境条件下，混凝土可能会受到硫酸盐的侵蚀，导致混凝土的破坏和损失。

因此，了解混凝土的抗硫酸盐侵蚀性能对于建筑工程至关重要。

一、硫酸盐对混凝土的损害机制硫酸盐侵蚀是指硫酸盐与混凝土中的水合硅酸钙反应生成溶于水的硫酸钙，导致骨料脱溶和水合硅酸盐胶凝物的溶解，从而引起混凝土的强度降低和体积膨胀。

硫酸盐侵蚀主要包括化学侵蚀和物理侵蚀两个方面。

1. 化学侵蚀主要是硫酸钙与水合硅酸盐反应，生成水合硫酸钙和其他溶解的物质，导致混凝土的骨料脱溶和凝胶溶解，破坏混凝土的结构。

2. 物理侵蚀是硫酸盐侵蚀后产生的溶液溢出混凝土表面，导致混凝土表面的覆盖层剥落和细孔的形成，进一步加速侵蚀的发展。

二、高质量混凝土的抗硫酸盐侵蚀性能分析1. 水胶比的控制水胶比是混凝土中水与水泥及其他胶凝材料质量比，是混凝土中水的含量的一个指标。

降低水胶比可以提高混凝土的抗硫酸盐侵蚀性能。

较低的水胶比可以减少水与水合硅酸钙反应生成硫酸钙的可能性，从而降低化学侵蚀的程度。

2. 使用高性能胶凝材料高性能胶凝材料，如硅烷热塑性聚合物改性材料、粉煤灰掺量适当的高硌石混凝土等，可以改善混凝土的抗硫酸盐侵蚀性能。

这些材料能够填充混凝土的细孔和微裂缝，提高混凝土的致密性和抗渗性，从而减少硫酸盐侵蚀的可能性。

3. 控制骨料的选择和质量选择高质量的骨料可以提高混凝土的抗硫酸盐侵蚀性能。

抗硫酸盐侵蚀骨料应具有较高的抗溶解和耐久性，能够减少骨料的脱溶和溶解现象，从而降低化学侵蚀的程度。

4. 合理的构造设计在混凝土结构的设计中，应合理确定结构的断面尺寸和覆盖层厚度，保证混凝土结构有足够的抗硫酸盐侵蚀性能。

充分考虑结构受力和使用要求，确保混凝土结构的内部和外部能够有效地抵御硫酸盐侵蚀的影响。

5. 养护和维护适当的养护和维护对于混凝土结构的抗硫酸盐侵蚀性能至关重要。

外掺氧化镁混凝土在硫酸盐、镁盐耦合作用下的抗侵蚀性能研究

水泥与混凝土在混凝土工程中，盐渍土对其具备显著的腐蚀性，并对构筑物基础和地下设施构成了较严酷的侵蚀环境，影响其耐久性和安全性。

本课题组通过对多年收集的兰州地区土质大量数据的分析研究，在前期试验条件下，利用氧化镁遇水溶解，生成氢氧化镁晶体形成宏观膨胀，且基本不与水泥浆体中其他组分发生反应的特性，以此为手段来保障混凝土较好的体积稳定性，从而提高混凝土的抗渗性能及抗腐蚀性能[1]。

针对氧化镁膨胀剂在寒旱地区严酷环境中的适应性问题进行有益的探索，得到该环境下氧化镁膨胀剂对混凝土物理力学和抗侵蚀性能的相关技术指标，达到降低普通混凝土的孔隙率，改善其孔结构，提高普通混凝土密实性的目的[2]，为混凝土工程建设在此类严酷环境下改善混凝土的耐久性提供一个创新的思路。

1 试验材料水泥：实验使用P·O42.5普通硅酸盐水泥为胶凝材料，比表面积320m2/kg，标准稠度用水量25.5%，安定性合格。

骨料：试验用粗骨料采用碎石，最大粒径31.5mm，表观密度2721kg/m3，现场含水率0.1%。

细骨料为河砂，含泥量0.3%，表观密度2601kg/m3，现场含水率0.6%。

骨料满足《建设用碎石卵石》（GBT 14685-2011）、《建设用砂》（GBT 14684-2011）的要求。

减水剂：FDN高效减水剂，满足《混凝土外加剂应用技术规范》（GB50119-2013）的要求。

粉煤灰：属Ⅱ级灰，满足《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》（GBT 1596-2017）的要求。

外加剂：氧化镁膨胀剂，满足《混凝土用氧化镁膨胀剂_征求意见稿》（CBMF19-2017）的要求。

2 试验方法2.1 成型及养护外掺氧化镁混凝土在硫酸盐、镁盐耦合作用下的抗侵蚀性能研究Study on corrosion resistance of concrete added MgO under coupling action of sulfate and magnesium salt刘国强1,2 张贞强2 王建林2 郑同鑫2 白学伟3 孙玉龙4（1西南科技大学材料科学与工程学院，四川绵阳 621010；2甘肃能源化工职业学院，甘肃兰州 730207；3甘肃省建筑设计研究院有限公司，甘肃兰州 730050；4兰州新区圣夏建材有限公司，甘肃兰州 730314）摘要：氧化镁掺入普通混凝土中遇水溶解，生成氢氧化镁晶体，氢氧化镁晶体相互挤压，填充孔隙，并形成宏观膨胀，基本不与水泥浆体中的其他组分发生反应，从而达到降低普通混凝土的孔隙率，改善孔结构，提高密实性的目的，保障了体积稳定性，提高了抗渗性能及抗腐蚀性能。

硫酸侵蚀混凝土的腐蚀产物附面层及其影响

文献标志码:A
doi：10. 3969/j. issn. 1007-9629. 2019. 03. 004
Corroded Product Surface Layer of Concrete Corroded by Sulfuric Acid and Its Effect on Corrosion Rate
1A
0.50
477
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1250
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B
1C
0.50
477
702
1250
4.0
3
C
2C
0.50
成，同时将浸泡液置换为同pH值的新鲜浸泡液，该
显然，各研究总体上认为附面层是影响硫酸腐组试件命名为C(其中，1C组试件由于腐蚀程度低，
蚀的关键因素，但在试件表面的腐蚀产物成分、混凝未形成附面层，在实际试验操作中未进行表面清
土腐蚀速度与硫酸浓度的关系等方面的研究结论仍洗).依据上述试验条件，设计了 9组试件，如表1
1试验材料和方法
砂浆后腐蚀产物附着层会导致腐蚀速度降低，带来类似湿法冶金领域的所谓附面层效应，但对试件表

混凝土硫酸镁侵蚀的探讨

硫酸镁做为硫酸盐的一种，在自然界中广泛存在。

并且它对混凝土有着更加剧烈的侵蚀作用，所以研究硫酸镁对混凝土的侵蚀具有重要的意义。

1 硫酸镁侵蚀机理及相关化学反应硫酸镁侵蚀的特点在于硫酸镁溶于水后形成Mg2+和SO42-，这两种离子都会引起混凝土的劣化，对混凝土结构造成伤害。

但是，随着时间的延长，生成的石膏和钙矾石越来越多，产生膨胀，使得混凝土表层处出现裂缝，为Mg2+和SO42-的进一步渗入提供了通道。

Mg2+的侵蚀也能引起CSH的分解，Mg2+置换Ca2+生成MSH，MSH的粘结性很差，且强度不高。

水泥水化产物的微观形貌特点

水泥水化产物的微观形貌特点1 前言水泥是目前建筑中广泛使用的一种材料，其养护后产生的水化产物是提高混凝土强度和性能的主要源泉。

那么水泥水化产物在微观层面上的形貌特点是什么呢？本文将结合微观图像和实验数据进行详细的分析和讲解，希望能对读者对水泥水化产物有更加深刻的了解。

2 水泥水化产物概述水泥的主要成分有硅酸盐、铝酸盐、铁酸盐等，在水的作用下发生反应，产生一系列水化产物，包括硬化物中的凝胶体、Crystalline 和Pore Solution，以及硬化物中的Ca(OH)2等。

初期形成的凝胶体是由锥形凝胶（C-S-H)、钙羟基石（CH）和矿物物质组成的，而终期的水化产物主要是由C-S-H凝胶体和Ca(OH)2构成的。

其中，C-S-H凝胶体是混凝土中最主要的水化产物，其产生的过程中也是整个催化反应的主要过程之一。

3 C-S-H凝胶体形貌C-S-H凝胶体是水泥水化产物中最为主要的成分，其形貌和成分会影响混凝土的力学性能。

经过电镜的观测及分析，C-S-H凝胶体具有特殊的形貌，主要分为针状多晶体和板状单晶体两种。

针状多晶体主要呈长细形状，一般直径为0.2-2微米，长度达到了20微米以上。

针状多晶体的形态由于其尖端尖锐，各个晶体直接会相互交织、缠绕，形成了一种紧密织锦式结构。

约束作用使晶体逐渐生长，形成了C-S-H凝胶体的整体结构，从而提高混凝土的强度和稳定性。

板状单晶体在形态上首先呈现不规则形，数目和大小也难以控制。

其直径约为0.2-2微米，厚度只有几十个纳米。

板状单晶体比针状多晶体在体积上更大，但在耐久性和持久性方面，却要更加优秀。

4 Ca(OH)2的形态Ca（OH）2是水泥水化产物中的重要成分之一，也是最具标志性的一种晶体形貌。

其晶体形态呈六方柱形状，分别为纯心型晶体和塔型晶体。

纯心型晶体是由多级六角柱构成，其尾端便是尖锐的朝斜线方向生长。

而塔型晶体则是一个六棱柱的形状，每个棱角处都会有一个小的面平面，使得晶体形成了像小城楼般的形状。

冻融循环与硫酸盐侵蚀共同作用下再生混凝土的微观结构研究

第42卷第4期2023年4月硅㊀酸㊀盐㊀通㊀报BULLETIN OF THE CHINESE CERAMIC SOCIETYVol.42㊀No.4April,2023冻融循环与硫酸盐侵蚀共同作用下再生混凝土的微观结构研究齐㊀晓,肖前慧,邱继生,刘书林(西安科技大学建筑与土木工程学院,西安㊀710054)摘要:采用快冻法,将再生骨料取代率为30%的混凝土分别置于3%Na2SO4㊁5%Na2SO4㊁10%Na2SO4(均为质量分数)溶液以及水中进行冻融循环试验,测试再生混凝土质量损失率㊁相对动弹性模量变化㊁抗压强度损失率,并利用电子显微镜㊁能谱仪和X射线衍射等方法分析再生混凝土损伤层的微观结构,以超声波平测法确定损伤层厚度,引入侵蚀系数对以损伤层厚度为评价指标的损伤度进行优化㊂结果表明,当冻融循环为0~200次㊁Na2SO4溶液浓度大于5%时,抗压强度侵蚀系数始终小于1,即Na2SO4溶液对再生混凝土宏观力学性能损伤的促进作用明显,而对微观结构损伤的抑制作用明显㊂在再生混凝土冻融循环初期,以冻融侵蚀为主;冻融循环后期,以硫酸盐化学侵蚀为主,再生混凝土经化学侵蚀后生成钙矾石和石膏等膨胀产物,并出现膨胀裂缝,在冻融循环作用下裂缝迅速扩展,损伤层厚度增加㊂以损伤层厚度为评价指标的损伤度经优化后准确性至少提高了26.33%㊂关键词:再生混凝土;冻融循环;硫酸盐侵蚀;微观结构;损伤度中图分类号:TU528.1㊀㊀文献标志码:A㊀㊀文章编号:1001-1625(2023)04-1194-11 Microstructure of Recycled Aggregate Concrete underCombined Action of Freeze-Thaw Cycles and Sulfate AttackQI Xiao,XIAO Qianhui,QIU Jisheng,LIU Shulin(School of Architecture and Civil Engineering,Xi an University of Science and Technology,Xi an710054,China) Abstract:The concretes with recycled aggregate mass replacement rate of30%were placed in3%Na2SO4,5%Na2SO4, 10%Na2SO4(3%,5%,10%,mass fraction)solution and water for freeze-thaw cycles test by quick freezing method.The mass loss rate,relative dynamic elastic modulus change and compressive strength loss rate of recycled aggregate concrete were tested.The microstructure of the damaged layer of recycled aggregate concrete was analyzed by electron microscope, energy spectrometer and X-ray diffraction.The thickness of the damaged layer was determined by ultrasonic flat measurement method,and the erosion coefficient was introduced to optimize the damage degree with the thickness of the damaged layer as the evaluation index.The results show that:when freeze-thaw cycles is0~200times and the concentration of Na2SO4solution is greater than5%,the erosion coefficient of compressive strength is always less than1, in other ways,Na2SO4solution has obvious promoting effect on the macroscopic mechanical performance damage of recycled aggregate concrete,but has obvious inhibitory effect on the microstructure damage.In the early stage of freeze-thaw cycles of recycled aggregate concrete,freeze-thaw erosion is the main factor.In the later stage of freeze-thaw cycles,sulfate chemical erosion is the main factor.After chemical erosion,expansion products such as ettringite and gypsum are formed in recycled aggregate concrete,and they lead to expansion cracks.The cracks expand rapidly under the action of freeze-thaw cycles,and the thickness of the damaged layer increases.The accuracy of the damage degree based on the thickness of the damage layer as the evaluation index is improved by at least26.33%after optimization.Key words:recycled aggregate concrete;freeze-thaw cycle;sulfate attack;microstructure;damage degree收稿日期:2022-11-19;修订日期:2023-02-20基金项目:国家自然科学基金面上项目(42071100);陕西省自然科学基础项目研究(2018JQ5215)作者简介:齐㊀晓(1997 ),男,硕士研究生㊂主要从事再生混凝土方面的研究㊂E-mail:1424606908@通信作者:肖前慧,博士,副教授㊂E-mail:xiaohui_99@第4期齐㊀晓等:冻融循环与硫酸盐侵蚀共同作用下再生混凝土的微观结构研究1195㊀0㊀引㊀言我国地理面积广,在沿海地区和盐湖地区西部的土壤和地下水中可以发现大量的硫酸盐㊂在寒区硫酸盐环境下,混凝土结构不仅要经受冻融循环破坏,还要经受硫酸盐侵蚀,其耦合劣化机理更为复杂㊂因此,开展多因素耦合作用下再生混凝土(recycled aggregate concrete,RAC)耐久性研究势在必行㊂目前,对RAC力学性能方面的研究已经较为成熟[1-4]㊂在RAC的抗冻性研究中,Oliveira等[5]研究了再生骨料在不同含水状态时的抗冻性,表明饱和再生骨料和干燥再生骨料配制的混凝土抗冻性差,而半饱和骨料配制的混凝土抗冻性好,其原因是半饱和骨料配制的混凝土界面过渡区(interfacial transition zone,ITZ)较密实㊂戴俊等[6]研究了冻融循环作用下取代率对RAC力学性能的影响,得出抗拉强度和抗压强度随取代率的增加而先减后增㊂邓祥辉等[7]研究了冻融循环后RAC结构内部孔隙变化,得出抗折强度变化和内部孔隙分布密切相关㊂研究人员对RAC抗硫酸盐侵蚀能力也做了很多研究,江洲[8]通过微观试验,指出再生骨料砂浆附着率对抗硫酸盐侵蚀有显著影响,其原因是老骨料-老砂浆界面抗硫酸盐侵蚀性能较差,再生骨料砂浆附着率越高,RAC抗硫酸盐侵蚀性能越差㊂顾彦等[9]研究了不同浓度硫酸盐对RAC的损伤规律,并建立了损伤演化方程㊂陶喆等[10]研究了再生骨料取代率对RAC抗硫酸盐侵蚀的影响,研究结果表明取代率越大硫酸盐侵蚀越严重㊂李大贺[11]得出了同样的研究结论,当再生粗骨料掺量小于30%(质量分数)时,RAC 抗侵蚀能力与普通混凝土相近,再生粗骨料取代率超过30%后,RAC的抗硫酸盐侵蚀性能骤然降低㊂综上所述,对在冻融循环与硫酸盐侵蚀共同作用下RAC损伤方面的研究较少[12-15],而且少有从微观机理分析耦合损伤原因的研究㊂本文主要研究冻融循环与不同浓度硫酸盐溶液侵蚀的共同作用对RAC力学性能及损伤层微观形貌的影响,并建立以优化后的损伤厚度为评价指标的损伤度㊂1㊀实㊀验1.1㊀原材料和配合比P㊃O42.5R水泥的具体指标见表1㊂再生骨料是由实验室废混凝土试块颚破而成,天然粗骨料(natural coarse aggregate,NCA)由砾石组成,基本参数如表2所示㊂天然细骨料由砂子制成,细度模数为2.68㊂采用GJ-1型高效减水剂和SJ-3型高效引气剂配制混凝土㊂自来水用于搅拌混凝土,而硫酸盐溶液用蒸馏水制备㊂考虑到经济性和实用性,本文将再生骨料取代率确定为30%(质量分数),混凝土配合比如表3所示㊂用于抗压强度试验的试样尺寸为100mmˑ100mmˑ100mm,每组3个试件,共7组㊂用于相对动弹性模量(relative dynamic elastic modulus,RDEM)试验的试样尺寸为100mmˑ100mmˑ400mm,每组3个试件,共4组㊂试件自然养护24h后拆模,测试样品被放置到温度为(20ʃ2)ħ㊁相对湿度为95%的养护室中养护28d㊂表1㊀水泥质量指标Table1㊀Cement quality indexCement Finenessmodulus Standard consistencywater consumption/%Setting time Flexural strength/MPa Compressive strength/MPaInitialsetting/minFinalsetting/h3d28d3d28dP㊃O42.5R 3.426.74655 6.218.2029.856.0表2㊀再生粗骨料基本性能参数Table2㊀Basic performance parameters of recycled coarse aggregateAggregate Particlesize/mm Apparent density/(kg㊃m-3)Bulk density/(kg㊃m-3)Waterabsorption/%FinenessmodulusMud content(mass fraction)/%Crushingindex/%Shapeindex/%Recycled aggregate4.7~31.526301302 3.1 3.30.31113.9 Gravel 4.7~31.528201435 1.3 2.7 61196㊀水泥混凝土硅酸盐通报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第42卷表3㊀再生混凝土配合比与性能Table 3㊀Mix proportion and performance of recycled aggregate concrete Water-cement ratio Mix proportion /(kg㊃m -3)Cement Sand Gravel Recycle aggregate Water Slump /mm Gas content (volume fraction)/%28d compressive strength /MPa 0.45355585910390160100443.41.2㊀试验方案试验中分别采用质量分数为3%㊁5%㊁10%的硫酸钠溶液和H 2O㊂试样在测试箱的原溶液中浸泡4d,温度为15~20ħ㊂根据规范[16]采用快冻法,将试样放入KDR-V9冻融箱进行试验,并将温度传感器放置在中心温度采集试样中,使试样保持在(-17ʃ2)~(8ʃ2)ħ㊂每次冻融循环应控制在2~4h 内完成㊂每冻融循环50次时,测量试样的质量㊁相对动态弹性模量及抗压强度,损伤层厚度利用超声波平测法测量,测试方法见规范[17],由于前期损伤层不明显,冻融循环100次后开始测量㊂每冻融循环100次,对再生混凝土切割后,选取具有代表性的样品放入真空干燥仪中,干燥后制成粉状试样,用D8-ADVANCE X 射线衍射仪分析样品的物相㊂将小块的样品粘在试验片上,利用离子溅射镀膜仪器对试件抽真空,并进行导电镀膜,用S-4800冷场发射扫描电子显微镜观察样品的微观形貌㊂1.3㊀侵蚀系数为了更方便观察硫酸盐对再生混凝土宏观力学性能的影响,本文引入抗压强度侵蚀系数β,计算公式如式(1)所示㊂β=f x f w x ˑ100%(1)式中:f x 为试块经历x 次硫酸盐与冻融循环后的抗压强度,MPa;f w x 为试块经历x 次纯冻融循环后的抗压强度,MPa㊂为了更深入研究冻融循环后再生混凝土试块的微观结构,本文引入相对动弹性模量侵蚀系数γ,计算公式如式(2)所示㊂γ=E x E w x ˑ100%(2)式中:E x 为试块经历x 次硫酸盐与冻融循环后的相对动弹性模量,无量纲;E w x 为试块经历x 次纯冻融循环后的相对动弹性模量,无量纲㊂2㊀结果与讨论2.1㊀试验结果分析图1㊀不同浓度的硫酸盐溶液中再生混凝土经历不同冻融循环次数后的抗压强度损失率Fig.1㊀Compressive strength loss rate of recycled aggregate concrete after different freeze-thaw cycles under different sulfate solutions 不同浓度的硫酸盐溶液中RAC 冻融循环后的抗压强度损失率㊁质量损失率和相对动弹性模量变化分别见图1㊁图2和图3㊂由图1和图2可知,硫酸盐溶液浓度对抗压强度的影响与质量损失率基本一致㊂随着冻融循环次数的增加,RAC 的质量损失率和抗压强度损失率都迅速增加,其中,10%Na 2SO 4溶液中的RAC 抗压强度损失和质量损失最为明显,冻融循环300次后,RAC 的抗压强度损失率为31.10%,质量损失率为2.20%㊂3%Na 2SO 4溶液中的RAC 抗压强度损失率和质量损失率最小,冻融循环300次后,抗压强度损失率和质量损失率分别为13.36%和0.97%㊂由图3可知,5%Na 2SO 4溶液中的RAC 相对动弹性模量下降最为显著,冻融循环300次后,相对动弹性模量为0.594,这是由于冻融循环后期,10%Na 2SO 4溶液中的第4期齐㊀晓等:冻融循环与硫酸盐侵蚀共同作用下再生混凝土的微观结构研究1197㊀RAC 孔隙溶液浓度大,受化学侵蚀严重,侵蚀产物及大量盐结晶累积填充孔隙裂缝,使得孔隙相对密实㊂抗冻试验表明,硫酸盐溶液的浓度越高,RAC 的抗冻性越差㊂图2㊀不同浓度的硫酸盐溶液中再生混凝土经历不同冻融循环次数后的质量损失率Fig.2㊀Mass loss rate of recycled aggregate concrete after different freeze-thaw cycles under different sulfatesolutions图3㊀不同浓度的硫酸盐溶液中再生混凝土经历不同冻融循环次数后的相对动弹性模量变化Fig.3㊀Changes of relative dynamic elastic modulus of recycled aggregate concrete after different freeze-thaw cycles under different sulfate solutions 2.2㊀侵蚀系数不同浓度的硫酸盐溶液中再生混凝土经冻融循环后的抗压强度侵蚀系数和相对动弹性模量侵蚀系数变化见图4㊁图5㊂当β㊁γ>1时,硫酸盐溶液在冻融循环作用中起到抑制作用,当β㊁γ<1时,硫酸盐溶液在冻融循环作用中起到促进作用㊂由图4可知,在冻融循环过程中,3%Na 2SO 4溶液对于再生混凝土宏观力学性能损伤起到抑制作用,而5%㊁10%Na 2SO 4溶液则起到促进作用㊂由图5可知,在冻融循环前中期,5%㊁10%Na 2SO 4溶液对于再生混凝土相对动弹性模量损失起到抑制作用㊂理论上来说,结晶压力(冻胀力和盐胀力)大小为:10%Na 2SO 4<5%Na 2SO 4<3%Na 2SO 4<水[18]㊂当溶液浓度较低时,结晶压力较小且化学反应不显著,因此3%Na 2SO 4溶液中混凝土抗压强度劣化明显小于纯冻融循环时的劣化㊂随着浓度的增加,结晶压力减小,但再生混凝土存在薄弱的新-旧砂浆界面过渡区[7],侵蚀离子在此聚集,化学侵蚀反应迅速,试样的抗压强度显著降低,侵蚀产物填充孔隙,使得再生混凝土内部孔隙相对密实㊂图4㊀不同浓度的硫酸盐溶液中再生混凝土经历不同冻融循环次数后的抗压强度侵蚀系数变化Fig.4㊀Changes of compressive strength erosion coefficient of recycled aggregate concrete after different freeze-thaw cycles under different sulfatesolutions 图5㊀不同浓度的硫酸盐溶液中再生混凝土经历不同冻融循环次数后的相对动弹性模量侵蚀系数变化Fig.5㊀Changes of relative dynamic elastic modulus erosion coefficient of recycled aggregate concrete after different freeze-thaw cycles under different sulfate solutions 2.3㊀表观形貌冻融循环与硫酸盐侵蚀共同作用下,不同浓度硫酸盐溶液对RAC 的表面损伤严重且有明显差别㊂图6为1198㊀水泥混凝土硅酸盐通报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第42卷不同浓度Na 2SO 4溶液中RAC 冻融循环100次后的表观形貌㊂由图6可知,冻融循环100次后,在3%㊁5%Na 2SO 4溶液中RAC 的损伤并不明显,10%Na 2SO 4溶液中RAC 表面出现小麻点,有少量骨料露出㊂图7为不同浓度Na 2SO 4溶液中RAC 冻融循环200次后的表观形貌㊂由图7可知,冻融循环200次后,在3%Na 2SO 4溶液中RAC 表面平整,有少量骨料外露,砂浆剥落并出现麻坑,在5%㊁10%Na 2SO 4溶液中RAC 表面凹凸不平,大量骨料外露,在10%Na 2SO 4溶液中RAC 表面出现明显裂缝,冻融损伤严重㊂图8为不同浓度Na 2SO 4溶液中RAC 冻融循环300次后的表观形貌㊂由图8可知,在3%Na 2SO 4溶液中RAC 表面有大量骨料外露,在5%㊁10%Na 2SO 4溶液中RAC 表面砂浆大面积脱落,骨料全部露出,表面裂缝贯通,并伴随大面积坑洞㊂图6㊀不同浓度Na 2SO 4溶液中再生混凝土冻融循环100次后的表观形貌Fig.6㊀Apparent morphologies of recycled aggregate concrete after 100times freeze-thaw cycles in different concentrations of Na 2SO 4solution 图7㊀不同浓度Na 2SO 4溶液中再生混凝土冻融循环200次后的表观形貌Fig.7㊀Apparent morphologies of recycled aggregate concrete after 200times freeze-thaw cycles in different concentrations of Na 2SO 4solution 图8㊀不同浓度Na 2SO 4溶液中再生混凝土冻融循环300次后的表观形貌Fig.8㊀Apparent morphologies of recycled aggregate concrete after 300times freeze-thaw cycles in different concentrations of Na 2SO 4solution 由以上分析可知,在相同冻融循环次数时,不同浓度硫酸盐溶液中RAC 表观形貌差别较大,且随着硫酸第4期齐㊀晓等:冻融循环与硫酸盐侵蚀共同作用下再生混凝土的微观结构研究1199㊀盐浓度的增加,RAC 表面损伤逐渐加大,抗冻能力迅速减小㊂在硫酸盐侵蚀和冻融循环共同作用下,RAC 冻融循环前期,冻融侵蚀为主要因素,因为硫酸盐溶液会影响水的冰点以及渗透性,导致高浓度的硫酸盐溶液抑制表面侵蚀,但会加剧内部冻融损伤;在冻融循环后期,内部结构损伤累积,贯通裂缝导致试样内部硫酸盐浓度过高,硫酸盐侵蚀促进作用明显,致使RAC 大面积砂浆脱落㊂因此不同浓度的硫酸盐溶液都会加剧冻融侵蚀,且浓度越大的硫酸盐溶液侵蚀越严重㊂2.4㊀再生混凝土损伤层微观形貌对不同浓度硫酸盐下的冻融侵蚀进行微观分析,通过扫描电子显微镜分析再生混凝土的劣化机理㊂图9为初始状态下再生混凝土的微观形貌,由图9(a)㊁(b)可以看出:冻融循环前,再生混凝土的水化硅酸钙(C-S-H)凝胶完整㊁密实,界面过渡区致密,结合良好㊂图10(a)㊁(b)㊁(c)㊁(d)分别是RAC 在水㊁3%Na 2SO 4㊁5%Na 2SO 4和10%Na 2SO 4溶液中经历100次冻融循环后的表面损伤微观形貌㊂从图10(a)可以看到,再生混凝土表面有C-S-H 剥落和微小孔洞;从图10(b)㊁(c)中可以看到,再生混凝土表面有裂缝出现;从图10(d)中可以看到,再生混凝土表面不仅有砂浆剥落,也出现了裂缝和较大的孔洞㊂用X 射线衍射分析再生混凝土冻融循环100次后表面的化学组成,其XRD 谱如图11所示(AFm 为单硫型水化硫铝酸钙)㊂由图11可知,冻融循环前期化学侵蚀反应并不显著,再生混凝土中石膏和钙矾石的衍射峰几乎没有出现,氢氧化钙作为化学侵蚀的反应物,依然有较高强度的衍射峰㊂图9㊀冻融循环前再生混凝土的SEM 照片Fig.9㊀SEM images of recycled aggregate concrete beforefreeze-thaw 图10㊀不同浓度Na 2SO 4溶液中再生混凝土冻融循环100次后的SEM 照片Fig.10㊀SEM images of recycled aggregate concrete after 100times freeze-thaw cycles in different concentrations of Na 2SO 4solution1200㊀水泥混凝土硅酸盐通报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第42卷图11㊀再生混凝土冻融循环100次后的XRD 谱Fig.11㊀XRD patterns of recycled aggregate concrete after 100times freeze-thaw cycles 由上述分析可知:再生混凝土经历100次冻融循环后,不同浓度硫酸盐溶液中试件表面出现不同程度的损伤,再生混凝土在3%㊁5%Na 2SO 4溶液中冻融损伤较小,仅出现内部裂缝,而再生混凝土在H 2O 和在10%Na 2SO 4溶液中损伤较大,既出现了表面剥落,微小孔洞,还有较为粗大的裂缝,冻融损伤较为严重㊂图12(a)㊁(b)㊁(c)㊁(d)分别是再生混凝土在水㊁3%Na 2SO 4㊁5%Na 2SO 4㊁10%Na 2SO 4溶液中经历200次冻融循环后的表面损伤SEM 照片和EDS 谱㊂由图12(a)可知,由于较大的冻胀力,再生混凝土出现明显裂缝,但水化硅酸钙凝胶相对完整;由图12(b)可知,再生混凝土的界面过渡区产生裂缝,水化硅酸钙凝胶已被侵蚀,出现明显的剥落;由图12(c)可知,再生混凝土的界面过渡区中水泥水化物与骨料已经脱离,并伴随有较多的针状侵蚀产物,经过能谱分析可知其组成元素为Al㊁Si㊁S㊁Ca 和O,说明这种针状晶体为钙矾石;由图12(d)可知,再生混凝土损伤严重,产生龟裂裂缝,裂缝贯通,由界面过渡区发展至周边,水泥浆体剥落严重㊂通过X 射线衍射分析再生混凝土冻融循环200次后的内部剥落产物的化学组成,其XRD 谱如图13所示㊂由图13可知,硫酸盐溶液中,再生混凝土内部剥落产物出现了钙矾石和石膏的衍射峰,而氢氧化钙的衍射峰强度比100次冻融循环时氢氧化钙的衍射峰强度变弱,这是因为硫酸盐侵入再生混凝土内部后与氢氧化钙反应生成石膏,使氢氧化钙含量减小,石膏含量增加[19]㊂图12㊀不同浓度Na 2SO 4溶液中再生混凝土冻融循环200次后的SEM 照片和EDS 谱Fig.12㊀SEM images and EDS spectrum of recycled aggregate concrete after 200times freeze-thaw cycles in different concentrations of Na 2SO 4solution 从图12中可以看到,再生混凝土经历200次冻融循环后内部损伤累积㊂再生骨料的吸水率较大,界面过渡区结构疏松薄弱,导致再生混凝土易受冻融侵蚀[19],所以此时再生混凝土主要以冻融侵蚀为主,内部浆第4期齐㊀晓等:冻融循环与硫酸盐侵蚀共同作用下再生混凝土的微观结构研究1201㊀图13㊀再生混凝土冻融循环200次后的XRD 谱Fig.13㊀XRD patterns of recycled aggregate concrete after 200times freeze-thaw cycles 体被侵蚀,界面过渡区裂缝扩展,同时有较多的硫酸盐侵蚀产物生成㊂图14(a)㊁(b)㊁(c)㊁(d)分别是再生混凝土在水㊁3%Na 2SO 4㊁5%Na 2SO 4㊁10%Na 2SO 4溶液中经历300次冻融循环后的表面损伤SEM 照片和EDS 谱㊂在图14(a)中可以看到,再生骨料的老砂浆存在由内部向外贯通的孔洞,孔洞较密且多,存在少量的针状钙矾石(AFt)侵蚀产物㊂在图14(b)中可以看到片状AFm,这是因为在水化后期,石膏耗尽时,钙矾石经过脱硫作用形成AFm,较易受到硫酸盐侵蚀[20],图中还可以看到粗大的裂缝㊂从图14(c)中可以看出,再生混凝土剥落处生长了较多的针状钙矾石和块状晶体,使用能谱分析块状晶体,其组成元素主要有Ca㊁S 和O,说明这种块状晶体为石膏㊂在图14(d)中可以看到较多的晶体,经过EDS 谱分析发现组成元素有O㊁S 和Na,说明这种晶体为硫酸钠㊂利用X衍射分析再生混图14㊀不同浓度Na 2SO 4溶液中再生混凝土冻融300次后的SEM 照片及EDS 谱Fig.14㊀SEM images and EDS spectra of recycled aggregate concrete after 300times freeze-thaw cycles in different concentrations of Na 2SO 4solution1202㊀水泥混凝土硅酸盐通报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第42卷图15㊀再生混凝土冻融循环300次后的XRD 谱Fig.15㊀XRD patterns of recycled aggregate concrete after 300times freeze-thaw cycles 凝土300次冻融循环后内部浆体的化学组成,其XRD谱如图15所示㊂由图15可知,在5%和10%Na 2SO 4溶液中出现较高强度的钙矾石和石膏衍射峰,而氢氧化钙的衍射峰强度较弱㊂由以上分析可知,当冻融循环至300次时,在冻胀力作用下,再生混凝土的裂缝贯通,孔洞增多,硫酸根离子更容易进入再生混凝土内部造成化学侵蚀和物理侵蚀,同时由于再生混凝土内部有较多的初始孔隙,化学侵蚀生成的钙矾石和石膏等侵蚀产物逐渐在孔隙内聚集,生成膨胀性产物,使孔隙内部应力增大,当超过孔隙允许的应力时,混凝土产生裂缝㊂冻融循环后期硫酸盐溶液浓度增大,生成较多的硫酸盐化学侵蚀产物,氢氧化钙进一步消耗,同时硫酸盐晶体的产生进一步造成再生混凝土的损伤㊂3㊀损伤度如上所述,再生混凝土性能的劣化主要源于损伤层,损伤层劣化程度决定了混凝土的耐久性㊂在损伤力学中,冻融损伤度通常需要引入损伤变量进行描述,本文将再生混凝土抗压强度及损伤层作为损伤变量评价损伤度,如式(3)㊁(4)所示㊂D f =1-f x f 0(3)D d =A x A 0(4)式中:D f ㊁D d 分别为以抗压强度㊁损伤层为损伤变量评价的损伤度;f x ㊁f 0分别为经历x 次硫酸盐与冻融循环后的抗压强度及冻融前初始抗压强度;A x ㊁A 0分别为冻融x 次后损伤层截面面积及冻融前初始截面面积㊂将试验数据代入式(3)㊁(4)中,不同评价指标的损伤度与冻融循环次数的关系如图16所示㊂由图16可知,D f 远小于D d ,这是因为超声波平测法认为再生混凝土是均匀的,超声波波速在不同介质中传播速度不同,损伤层和未损伤层有明显的界线,导致超声波波速发生变化,从而测量出损伤层厚度,但在损伤层范围内并没有完全损伤,化学侵蚀产物及盐结晶填充孔隙,使得试样细观结构暂时密实,并抑制抗压强度的衰减,因此损伤层厚度范围内还有残余强度(损伤由表及里匀速发展)㊂基于此,本文对损伤层区域进行折减,以优化损伤度㊂宏观力学上,混凝土试样劣化伴随着强度的衰减,在细观结构上,材料的缺陷(孔隙㊁裂缝等)被称为损伤,试验后期硫酸盐侵蚀是损伤层劣化的重要原因㊂基于此,本文引入折减系数δ,令δ=1-γf x f 0(5)将式(5)代入式(4)中对损伤层厚度进行折减,则优化后的损伤度D md 见式(6)㊂D md =A x A 0=2h ㊃h x ㊃δ+2ˑ(b -2h x ㊃δ)ˑh x ㊃δb ˑh(6)式中:h ㊁b 分别为冻融循环前再生混凝土截面的高度和宽度;h x 为冻融循环x 次后再生混凝土损伤层厚度㊂将试验数据代入式(6)中,优化前后的损伤度与冻融循环次数的关系如图17所示㊂由图17可知,10%Na 2SO 4溶液中的再生混凝土试件损伤度最大㊂优化后的损伤度远小于优化前的损伤度,与以抗压强度为指标的损伤度接近,且本文考虑了硫酸盐侵蚀对损伤度的抑制作用,在冻融循环前中期,当γ>1时,硫酸盐抑制作用明显,侵蚀产物填充孔隙,使试样力学性能得到短暂提升,因此损伤度曲线表现为两个阶段:缓慢增加和快速增加㊂在200次冻融循环之前缓慢增加,冻融循环前期化学侵蚀产物不仅能填充孔隙,优化试样细观结构,阻碍硫酸盐侵蚀离子深入试样,使损伤度增加缓慢㊂在200次冻融循环后试样裂缝贯通,硫酸盐第4期齐㊀晓等:冻融循环与硫酸盐侵蚀共同作用下再生混凝土的微观结构研究1203㊀溶液深入试样内部,损伤层厚度快速增加,因此优化后的损伤度更加精确,经过计算,优化后的损伤度至少提高了26.33%㊂对于折减系数δ而言,当试件完全损伤时f x为零,即损伤层厚度不折减㊂图16㊀不同评价指标的损伤度与冻融循环次数的关系Fig.16㊀Relationship between damage degree of different evaluation indicators and freeze-thaw cyclestimes图17㊀优化前后的损伤度与冻融循环次数的关系Fig.17㊀Relationship between damage degree before and after optimization and freeze-thaw cycles times4㊀结㊀论1)硫酸盐溶液的浓度越高,冻融循环后再生混凝土的质量和抗压强度下降越快,抗冻性越差㊂冻融循环300次后,再生混凝土在3%Na2SO4溶液中抗压强度损失率为13.36%,在10%Na2SO4溶液中的抗压强度损失率为31.1%㊂2)硫酸盐溶液对再生混凝土的微观损伤有明显影响㊂SEM照片显示再生混凝土遭受冻融循环后,硫酸盐溶液侵蚀生成的钙矾石和石膏等膨胀产物逐渐在孔隙内聚集,导致孔隙内部应力增大㊂在高浓度的硫酸盐溶液中,还会有较多的硫酸盐结晶,进一步造成再生混凝土损伤㊂3)硫酸盐会影响水的冰点以及渗透性等物理性能,对再生混凝土的冻融损伤产生抑制和促进的双重影响,当硫酸钠溶液浓度小于5%时,冻融过程中再生混凝土主要以冻融损伤为主,硫酸盐对力学性能抑制作用明显㊂当硫酸钠溶液浓度大于5%时,冻融过程中再生混凝土在硫酸盐侵蚀和冻融损伤共同作用下,加速了其力学性能的劣化㊂4)建立了基于损伤层厚度为评价指标的损伤度,引入侵蚀系数优化损伤度,并与抗压强度为指标的损伤度进行对比,结果表明,优化后损伤度的精确度至少提高了26.33%,且优化后的损伤度曲线可分为两个阶段:缓慢增加和快速增加,可以更准确地描述在硫酸盐和冻融循环共同作用下的损伤情况㊂参考文献[1]㊀GUPTA C K.Strength characteristics of concrete made with demolition waste as coarse aggregate[J].Proceedings of the International Conferenceon Recent Development in Structural Engineering,2011:364-378.[2]㊀SHI D D,SHI Q X.Study on mechanical properties and mesoscopic numerical simulation of recycled concrete[J].Sustainability,2022,14(19):12125.[3]㊀陈守开,白卫峰,郑永杰,等.再生骨料替代率对混凝土单轴压缩力学性能的影响[J].应用基础与工程科学学报,2022,30(3):764-775.CHEN S K,BAI W F,ZHENG Y J,et al.Effect of replacement rate of recycled aggregate on mechanical properties of concrete under uniaxial compression[J].Journal of Basic Science and Engineering,2022,30(3):764-775(in Chinese).[4]㊀BIAN J W,ZHANG W B,SHEN Z Z,et al.Analysis and optimization of mechanical properties of recycled concrete based on aggregatecharacteristics[J].Science and Engineering of Composite Materials,2021,28(1):516-527.[5]㊀DE OLIVEIRA M B,VAZQUEZ E.The influence of retained moisture in aggregates from recycling on the properties of new hardened concrete[J].Waste Management,1996,16(1/2/3):113-117.[6]㊀戴㊀俊,翟惠慧,黄斌斌,等.冻融循环下再生混凝土力学性能研究[J].混凝土,2022(5):61-64+68.DAI J,ZHAI H H,HUANG B B,et al.Study on mechanical properties of recycled concrete after freeze-thaw cycles[J].Concrete,2022(5):。

硫酸盐、镁盐双重因素下地铁混凝土耐久性试验

硫酸盐、镁盐双重因素下地铁混凝土耐久性试验乔宏霞;路承功;曹辉;胡宸瑞;阳菲【摘要】为研究地铁混凝土对SO42-、Mg2+的抗侵蚀性能,将3种水胶比和3种粉煤灰掺量共5种配合比的混凝土长期浸泡在5 000 mg/L的硫酸镁溶液中,采用相对质量评价参数、相对动弹性模量评价参数及同时考虑质量和动弹性模量的综合损伤评价参数作为评价指标,并结合微观图像对不同浸泡时间下地铁混凝土试件表面的腐蚀形态及耐久性进行研究.结果表明:在腐蚀性环境下,SO42-、Mg2+和水化产物发生复杂的化学反应生成膨胀产物钙矾石、石膏晶体及无胶结性能的M-S-H 凝胶,使混凝土出现严重的开裂、起皮、掉渣;水胶比0.35、粉煤灰掺量30％的混凝土表现出了最佳的抗腐蚀性能;综合损伤评价参数能够很好地反应混凝土在硫酸盐溶液中内部密实度及外部宏观质量的变化.【期刊名称】《兰州理工大学学报》【年(卷),期】2018(044)005【总页数】6页(P144-149)【关键词】地铁混凝土;硫酸盐腐蚀;镁盐腐蚀;浸泡;耐久性【作者】乔宏霞;路承功;曹辉;胡宸瑞;阳菲【作者单位】兰州理工大学甘肃省土木工程防灾减灾重点实验室,甘肃兰州730050;兰州理工大学西部土木工程防灾减灾教育部工程研究中心,甘肃兰州730050;兰州理工大学甘肃省土木工程防灾减灾重点实验室,甘肃兰州 730050;兰州理工大学甘肃省土木工程防灾减灾重点实验室,甘肃兰州 730050;兰州理工大学甘肃省土木工程防灾减灾重点实验室,甘肃兰州 730050;兰州理工大学甘肃省土木工程防灾减灾重点实验室,甘肃兰州 730050【正文语种】中文【中图分类】TU502;TU528自20世纪60年代第一条地铁在北京修建以来,中国的城市轨道交通得到了长足的发展[1].近年来中国西部地区迎来了新一轮的地铁建设高潮,仅2017年铁路投资总额达8 000亿元左右,全年投产新线里程2 100公里[2-3].然而,在中国西部广大地区的土壤和水中存在大量的腐蚀性离子,例如Cl-、、Mg2+等,这些离子的存在严重影响着地铁混凝土的耐久性[4].如何减缓不同类型盐对混凝土的腐蚀破坏并提高混凝土抗盐侵蚀能力已成为地铁混凝土结构耐久性研究的重要内容之一.徐惠等[5]通过对掺有粉煤灰、硅灰的5种水胶比的高强混凝土在硫酸钠溶液中进行加速腐蚀,研究了高强混凝土受硫酸钠腐蚀后物理力学性能经时变规律，以及不同腐蚀溶液浓度和应力状态等因素对其性能的影响.Santhanam [6]和Tian[7]从材料的角度出发,分别以质量分数为5%和4.4%的硫酸钠溶液进行抗硫酸盐腐蚀试验研究,结果表明:C3A和C3S是导致混凝土发生膨胀的主要原因,限制C3A、C3S的含量有利于降低形成钙矾石的可能.杜健明等[8]以Cl-、的耦合溶液模拟侵蚀环境进行混凝土抗侵蚀研究,并以清水溶液进行对比,指出氯离子的存在影响了硫酸根离子与混凝土水化产物的反应,从而减轻了混凝土受硫酸盐腐蚀的破坏程度.其他学者分别从外加剂、水泥用量、离子浓度、环境pH值及外部环境等方面对混凝土在腐蚀盐溶液中的抗侵蚀性能进行了研究,丰富了混凝土抗腐蚀性能的理论[9-15].目前,对于混凝土耐久性方面的研究主要集中在氯离子及硫酸根离子方面, 并且，对硫酸盐腐蚀的研究更多地是从宏观力学的角度去研究分析,而关于混凝土在硫酸盐、镁盐侵蚀环境下的微观机理研究较少.本次研究以兰州地铁混凝土作为研究对象,通过模拟地铁侵蚀环境，从宏观及微观两个方面对地铁混凝土在硫酸盐、镁盐下的耐久性指标进行研究分析,为该地区地铁项目的建设提供理论依据.1 原材料及实验过程1.1 原材料制作混凝土试件的原材料有普通硅酸盐水泥、粉煤灰、抗硫阻锈剂、砂子、石子、水等.水泥选用祁连山水泥公司生产的P.O42.5水泥,其各项性能指标见表1.粗集料采用兰州地区的碎卵石,含泥量(质量分数)5%,含水率(质量分数)0.15%，表观密度2 660 kg/m3.细集料选用兰州安宁区河沙，细度模数3.18,含水率(质量分数)3.3%,表观密度2 581 kg/m3.文献[16]指出,粉煤灰的化学组成及掺量都对混凝土抗硫酸盐侵蚀影响巨大.试验采用兰州二热厂生产的Ⅱ级粉煤灰,其45 μm筛余量小于20%,满足规范要求,各项指标合格.考虑到地铁结构中会有钢筋,在制作试块时还加入适量的LST-6系列抗硫阻锈剂,抗蚀系数大于95%.减水剂为兰州华陇商砼公司生产的羟系减水剂,减水率18%.表1 P.O42.5普通硅酸盐水泥的各项性能指标Tab.1 Various performance indexes of P.O42.5 ordinary portland cement 原材料凝结时间/min初凝终凝安定性抗压强度/MPa3 d28 d抗折强度/MPa3d28 d水泥152243合格17.947.33.856.511.2 试验方案及配合比设计兰州地铁1号线共20个地下车站,选取沿线车站的土质和地下水进行取样调研和分析,其地下水中腐蚀性离子见表2.可以看到浓度最高,达到4 250 mg/L,Mg2+浓度在600 mg/L左右.根据《混凝土结构耐久性设计规范》,寒旱地区当浓度在2 000～5 000 mg/L范围内时属于E类腐蚀,Mg2+浓度在300～1 000 mg/L时属于C类腐蚀,可知该地区镁盐达到中度腐蚀,硫酸盐腐蚀甚至达到严重状态.因此，根据实测离子浓度值模拟现场侵蚀环境，配置5 000 mg/L的硫酸镁溶液，对混凝土进行长期浸泡.表2 兰州地铁1号线地下水中主要腐蚀性离子及浓度Tab.2 Main corrosive ions and their concentration ofgroundwater in Lanzhou metro line 1#地铁站点地下水中腐蚀性离子浓度/(mg·L-1)SO2-4Mg2+NH+4OH-HCO-3Cl-东部市场站4 250.7595.6<0.03342.31 613东拱区间 4 250.7595.6<0.03342.31 613拱星墩车站4 202.6619.9 0.05341.11 577为了更加客观准确地反映混凝土在硫酸盐、镁盐下的腐蚀情况,同时考虑到粉煤灰对混凝土的抗侵蚀作用,设计了能保证混凝土正常性能的最小值水胶比(0.25)、规范界限水胶比(0.35)和商品混凝土站常用水胶比(0.45),并在0.35水胶比的基础上设计了3种粉煤灰掺量(质量分数),分别是15%、30%和45%.具体配比情况见表3. 表3 试件编号及配合比Tab.3 Numbering of specimen and mixture ratio编号水胶比水泥/kg水/mL阻锈剂/kg粉煤灰/kg粉煤灰质量分数/%砂/kg砂率石/kg 减水剂/mL坍落度/mmSJ10.253.5012500.401.10306.210.3511.53800170SJ20.353.1515750.360.99306.810.3811.11300210SJ30.452.8018000.320.88307.280.4010.92100190SJ40.352.4815750.361.66456.810.3811.11450220SJ50.353.8215750.360.32156.810.3811.11250220根据表3的配合比制作尺寸为100 mm×100 mm×100 mm的混凝土试块,24 h 后拆模,标准养护28 d后放在5 000 mg/L的硫酸镁溶液中进行长期浸泡,每隔7 d 换一次溶液.考虑到试验需要采集的数据较多,而抗压强度是一种破坏性试验,相对动弹性模量作为一种无损检测指标,能够较为准确地反映混凝土内部衰减情况,所以用NM-4A非金属超声检测分析仪和电子秤每隔60 d采集一次超声波波速及质量. 中国目前没有统一的耐久性评价指标,学者们通常根据自己试验的特点选取不同的评价指标.本次实验参考了乔宏霞等[17-18]设计的混凝土耐久性指标,以相对质量评价参数ω1、相对动弹性模量评价参数ω2及综合损伤评价参数来全面衡量、评价混凝土耐久性.(1)式中:Mr为浸泡一定时间后试块的相对质量.ω1>1时,质量比基准值增加；0≤ω1≤1时质量比基准值低,但未达到破坏；ω1<0时,质量低于95%,达到破坏.相对动弹性模量评价参数为(2)式中:V0、Vt分别是试件初始超声波波速和浸泡一定时间后的超声波波速.ω2>1时,动弹性模量比基准值增加；0≤ω2≤1时动弹性模量比基准值降低,但未达到破坏；ω2<0时动弹性模量低于60%,达到破坏.(3)式中：A是相对质量评价有效损伤系数；B是相对动弹性模量评价有效损伤系数. 当ω1>1时,A=1/;当ω1≤1时,A=1;当ω2>1时,B=1/;当ω2≤1时,B=1.2 试验结果及数据分析2.1 试件表面腐蚀形态将混凝土试块在硫酸镁溶液中浸泡720 d,其不同浸泡时间试件破坏形态如图1所示.从图中可以看到，随着浸泡时间的增长,试件表面的腐蚀程度不断加深.180 d时试件表面基本完好,只有几条细小的裂纹；360d时试件表面开始翘皮、疏松,表面有少量泛盐,裂纹条数增多,宽度加深,但试件表面还未出现剥落.随着腐蚀进一步深入，540 d时有剥落、掉渣,核心区的混凝土浆体也出现成片的脱皮,裂缝进一步深入到混凝土试件内部；720 d时腐蚀已相当严重,剥落区扩展到整个试件表面,骨料出现暴露,粗细骨料分离,不能被水泥浆体包裹且多数混凝土开裂,表明水泥水化产物丧失凝结能力.初步分析,这主要是硫酸镁溶液中的、Mg2腐蚀性离子侵入到混凝土内部与水泥水化产物Ca(OH)2、CaO·Al2O3·13H2O等产物发生了化学反应,生成的物质一方面减少了混凝土内部的凝胶成分,另一方面侵蚀产物的体积发生膨胀导致了混凝土表面出现起皮、剥落甚至掉渣.图1 不同浸泡时间试件表面破坏形态 Fig.1 Surface damage morphology of specimen with different soaking time2.2 硫酸镁溶液中混凝土耐久性评价指标分析为了客观准确地评价不同水胶比、不同掺合料混凝土的耐久性能,以无损检测的质量、动弹性模量等指标进行衡量,并以相对质量评价参数ω1、相对动弹性模量评价参数ω2及综合损伤评价参数ω全面评价混凝土在硫酸盐溶液下的耐久性.不同试件在硫酸镁溶液中不同浸泡时间的相对质量评价参数、相对动弹性模量评价参数及综合损伤评价参数变化如图2～4所示.从图2中可以看到,不同水胶比的试件SJ1(0.25)、SJ2(0.35)、SJ3(0.45)在浸泡720 d的时间段内相对质量评价参数ω1均出现不同程度的波动,SJ2的波动程度最大,SJ3次之,SJ1最小.其中SJ2的ω1值在浸泡的这段时间内均在1.2以上,SJ3的ω1值在1.0以上,而SJ1的ω1值在1.0附近波动,说明SJ2、SJ3这两类试件质量在增加,SJ1的质量变化不大,混凝土的水胶比对其抗硫酸盐、镁盐侵蚀性能有重要影响.粉煤灰不同掺量的试件SJ1(30%)、SJ4(45%)、SJ5(15%)在浸泡的这段时间内以SJ1的ω1值最大,SJ5次之,SJ4最小,且它们的ω1值均在1.1以上,说明掺有粉煤灰的混凝土在浸泡时间段内质量都有所增加,不同掺量对其质量的增加贡献不同.总的来看,无论是不同水胶比还是不同粉煤灰掺量的混凝土试件，随着浸泡时间的延长其质量最终呈下降趋势,表明在硫酸镁溶液浸泡下它们受到了侵蚀,时间越长侵蚀程度越深,最终丧失使用性能.图2 不同试件相对质量评价参数Fig.2 Relative quality evaluation parameters of different specimens图3 不同试件相对动弹性模量评价参数 Fig.3 Evaluation parameters of relative dynamic elastic modulus of different specimens图4 不同试件综合损伤评价参数Fig.4 Evaluation parameters of comprehensive damage of different specimens由于相对质量评价参数主要从外界侵蚀溶液中离子侵入质量及对表面混凝土造成破坏这些宏观角度去分析,而对于在硫酸盐、镁盐侵蚀过程中混凝土内部密实度的变化情况未能很好地反映,因此用相对动弹性模量评价参数ω2来分析混凝土内部在硫酸镁溶液侵蚀下的变化情况.从图3可以看到,不同水胶比试件的ω2值波动变化,以SJ2试件ω2值增加最大,在540 d时达到基准值的1.74倍,SJ1次之,SJ3最小.在浸泡这段时间内SJ1、SJ2的ω2值均大于1.0,而SJ3在300 d以后其值一直在1.0以下.图 3表明SJ1和SJ2这2种试件的混凝土在浸泡过程中密实度都有不同程度的增加,而SJ3在300 d以后性能出现了劣化.随着浸泡时间的增加，SJ1和SJ2在540 d以后性能急剧劣化,而SJ3则在整个浸泡时间段内呈整体波动劣化.不同粉煤灰掺量的试件中,仍然以SJ1的变化最大；SJ4在380 d以前ω2值大于SJ5,在此之后一直小于SJ5,且SJ4在整个浸泡阶段ω2值一直降低；SJ5除了在240 d有小幅增加外也一直降低.SJ4在360 d以后降于1.0以下,SJ5在300 d后降到1.0以下,表明这2种试件分别在300、360 d时内部密实度下降,开始低于初始的密实程度,性能出现劣化.总的来看,随着浸泡时间的增加,不同试件的密实度都呈下降趋势,以SJ3、SJ4、SJ5幅度最大,混凝土内部已出现不同程度的损伤. 试件在不同浸泡时间的质量和动弹性模量只是从一个方面去衡量混凝土性能,由此所得出的结论不太全面,而综合损伤评价参数同时考虑了质量和动弹性模量2个指标,所作出的结论更具客观准确性.从图4中可以看到SJ2的ω值自始至终是1.0,而其它试件均有不同程度的降低；SJ1的波动程度较小,在1.0附近处上下波动；SJ3波动较SJ1大.720 d时ω值低于SJ3,表明不同水胶比的混凝土抗硫酸盐、镁盐腐蚀性能不同,以0.35水胶比的试件抗腐蚀性能最好,0.25的次之,0.45的最差.SJ4试件在300 d之前ω值保持1.0,之后迅速降低并在420 d以后在其它几个试件中一直保持最小值,说明该类混凝土试件在初始阶段能保持较好的抗腐蚀性能,但是随着浸泡时间的增加其性能劣化较快,后期抗侵蚀性能低下.试件SJ5在720 d时间段内一直波动,在300 d后劣化趋势明显加剧,在720 d时损失值达到46%.由此可知,粉煤灰掺量对混凝土抗硫酸盐、镁盐侵蚀性能影响较大,掺量30%的抗侵蚀性能最好,掺量45%的在初期的抗腐蚀性能优于掺量15%的,但是在后期性能劣化最快.从图2～4中可以观察到,水胶比和粉煤灰掺量都对混凝土抗硫酸盐、镁盐侵蚀性能有不同程度的影响.无论ω1、ω2值还是ω值,水胶比为0.35、粉煤灰掺量为30%的SJ2试件表现出了最好的抗侵蚀性能,在实际工程中优先推荐使用；而水胶比最小的SJ1试件并未表现出最优抗侵蚀性能,其水灰比最小,密实度最大,外界腐蚀性离子很难进入,所以ω1值较低而ω2值仅次于SJ1,很好地说明了水胶比对混凝土抗硫酸盐腐蚀的影响.综合考虑这3个评价指标，并以ω为主,可以得到这5种试件抵抗硫酸盐、镁盐腐蚀的能力大小:SJ2(0.35,30%)>SJ1(0.25,30%)>SJ3(0.45,30%)>SJ5(0.35,15%)>SJ4(0.35,45 %).可以得知，并非水胶比越大，粉煤灰掺量越多抗腐蚀效果越好；水胶比对混凝土抗侵蚀性能的效果优于粉煤灰掺量的效果.2.3 劣化机理分析由于温度、湿度、杂质等众多因素的影响,混凝土成型之处内部不可避免地存在着微孔、微裂纹及缺陷,因此当外界有侵蚀性溶液时,混凝土内外都会发生复杂的物理化学反应.水泥水化产物主要有水化硅酸钙(C-S-H)、氢氧化钙(CH)和水化铝酸钙(C-A-H)等.在硫酸镁溶液下,溶液中的、Mg2+会沿着已存在的微孔及微裂缝进入混凝土,发生如下反应:MgSO4 +Ca(OH)2+2H2OCaSO4·2H2O +Mg(OH)24CaO·Al2O3·13H2O +3MgSO4+2Ca(OH)2+26H2O3CaO·Al2O3·32H2O+3Mg(OH)2+3(CaSO4·2H2O)4CaO·Al2O3·13H2O+3(CaSO4·2H2O)+14H2O3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O+Ca(OH)23CaO·2SiO2·3H2O+3MgSO4 +7H2O3Mg(OH)2+3(CaSO4·2H2O)+2SiO2·H2O3Mg(OH)2 +2SiO2·H2O3MgO·2SiO2·3H2O+H2O从上面反应式中可以看到,首先与水化产物Ca(OH)2发生置换反应生成石膏,同时Mg2+与OH-结合生成微溶产物Mg(OH)2.在浸泡初期Mg(OH)2聚集在试件表面能够阻挡腐蚀离子的进入.石膏存在时会与C-S-H凝胶生成钙矾石(3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O),钙矾石因存在大量结晶水,其体积可增大2.0倍左右.浸泡初期生成的钙矾石、石膏填充在内部空隙中,有效地增大了混凝土的密实度,这点从图2、图4中可以得到证实.在浸泡初期,除SJ1外,各试件的相对质量相对动弹性模量都有不同程度的增大,主要是因为SJ1试件水胶比低,密实度大,导致初期腐蚀离子较难进入,所以会出现质量增加不大,但是动弹性模量依然较大的情况.随着浸泡时间的增加,生成的钙矾石、石膏越来越多,加之后期水泥石致密结构形成,使得混凝土内部膨胀产生很大的内应力,当内应力超过其抗拉强度时产生裂缝.裂缝的出现使得混凝土动弹性模量下降,、Mg2+越发容易进入混凝土内部,并且Mg2+还会与C-S-H凝胶发生置换反应生成无胶结能力的M-S-H,从而使混凝土强度受到损失,试件表面出现起皮、泛渣、酥松甚至剥落、粗骨料裸露.每次换溶液还会导致水泥浆体中的Ca(OH)2不断析出造成水泥石碱度降低,这样进一步造成C-S-H等水化产物分解.粉煤灰的加入,既减少了易使混凝土发生硫酸盐腐蚀的C3S和C3A,同时又增加了活性成分SiO2和Al2O3.这些成分的加入会和水化产物Ca(OH)2发生二次水化反应,Ca(OH)2的消耗使得硫酸盐进入混凝土后会减缓或者减少生成石膏的反应,石膏的缺少又会导致膨胀产物钙矾石的产量降低,从而达到抗硫酸盐、镁盐的侵蚀.但是,粉煤灰的掺量并非越多越好,掺量越多,后期二次水化越剧烈且内部孔隙越小,一旦、Mg2+侵入，混凝土内部大量生成钙矾石、石膏等膨胀性产物,产生的内压力远大于掺量较小的试件,从而更易造成破裂.从SJ4(45%)中就可以明显看到,初期ω值在同类试件中较高,但自300 d以后迅速降低,并成为耐久性最差的一组试件.2.4 微观机理分析为了进一步了解混凝土试块在硫酸镁溶液中的腐蚀机理,以不同水胶比的混凝土试件作扫描电镜试验,来观察腐蚀产物形态,如图5所示,放大倍数为2 000倍.从图中可以观察到水胶比为0.35的试件内部有大量颗粒状的C-S-H凝胶和六方板状的Ca(OH)2晶体及少量的针状钙矾石填充在水化形成的微孔中,使得该试件在浸泡时间段内一直保持最好的抗侵蚀性能.水胶比为0.25的试件C-S-H凝胶明显减少,纤维集状的石膏和针状钙矾石数量增多,还有大量卷层、透明状的Ca(OH)2晶体,表明其水化也较充分,已经受到离子的侵蚀.水胶比0.45的试件内部孔隙及裂纹明显较多,孔隙及裂纹中含有大量的钙矾石晶体及石膏,这是造成该试件后期动弹性模量下降的主要原因.对比这3类试件,以水胶比为0.35的试件抗腐蚀性能最好,0.25的次之,0.45的最差,这与前面宏观分析结论一致.图5 不同水胶比试件SEM图Fig.5 SEM map of specimen with different water-to-binder ratio3 结论此次研究可得到以下结论.1) 混凝土在硫酸镁侵蚀环境下会发生复杂的物理化学反应,离子会与水化产物生成具有膨胀性能的钙矾石和石膏晶体,在初期能够填充混凝土内部孔隙，之后是造成混凝土开裂的主要原因；Mg2+离子与C-S-H凝胶发生置换反应生成无胶结能力的M-S-H,使试件表面起皮、掉渣甚至剥落.2) 水胶比和粉煤灰掺量对混凝土抗硫酸盐、镁盐侵蚀能力有重要影响,但并非水胶比越低、粉煤灰掺量越多越好.水胶比为0.35，粉煤灰掺量为30%的混凝土试件SJ2表现出最佳的抗侵蚀性能,且水灰比对混凝土抗硫酸盐、镁盐侵蚀能力的影响大于粉煤灰掺量的影响.3) 考虑质量和动弹性模量的综合损伤评价参数ω,能够很好地评价混凝土在硫酸镁溶液下的抗侵蚀性能,通过SEM得出一致结论,可作为混凝土在硫酸镁溶液下耐久性的评价指标.参考文献:【相关文献】[1] 秦宏霄.浅谈我国城市地铁建设的现状和发展战略 [J].城市地理,2014(7X):14.[2] 庞彪.铁路投资建设持续推进 [J].中国物流与采购,2017(3):35-37.[3] 金立群,林毅夫.“一带一路”引领中国 [M].北京:中国文史出版社,2015.[4] 季常煦,王信刚.地下工程结构混凝土的耐久性分析与研究 [J].武汉理工大学学报,2006,28(8):43-45.[5] 徐惠,陈占清,郭晓倩.硫酸盐腐蚀下高性能混凝土物理力学性能及影响因素 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高浓度硫酸盐、镁盐侵蚀混凝土宏观性能演变规律

高浓度硫酸盐、镁盐侵蚀混凝土宏观性能演变规律
万镇珲;肖昭然
【期刊名称】《建筑技术开发》
【年(卷),期】2024(51)4
【摘要】通过室内试验的方式配置了清水、浓度50000mg/L和100000mg/L的硫酸镁溶液,通过对外、强度、质量变化率和相对动弹模量对混凝土的宏观性能演变规律进行研究。

结果表明,在100000mg/L的硫酸镁溶液中相比浸泡前混凝土相对动弹模量降低近80%,由此可知,高浓度的硫酸镁可对混凝土造成严重的腐蚀。

【总页数】3页(P8-10)
【作者】万镇珲;肖昭然
【作者单位】河南工业大学土木工程(建筑)学院
【正文语种】中文
【中图分类】TU528.01
【相关文献】
1.高性能混凝土的抗硫酸盐、镁盐侵蚀研究
2.水胶比及粉煤灰掺量对混凝土抗硫酸盐、镁盐双重侵蚀性能的影响
3.高抗硫酸盐水泥混凝土抗硫酸盐、镁盐双重侵蚀性能初探
4.外掺氧化镁混凝土在硫酸盐、镁盐耦合作用下的抗侵蚀性能研究
5.钢渣混凝土抗硫酸盐、镁盐侵蚀性能的试验分析
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硫酸盐腐蚀对透水混凝土抗压强度及透水性能的影响

硫酸盐腐蚀对透水混凝土抗压强度及透水性能的影响黄美燕【摘要】采用体积法配制了3种不同透水混凝土,对其不同硫酸盐腐蚀龄期(30、60、90、120 d)的抗压性能及透水性能进行研究,分析了硫酸盐对透水混凝土的腐蚀机理.结果表明:随硫酸盐腐蚀龄期的延长,透水混凝土的抗压强度有不同程度的降低;腐蚀龄期一定时,骨料粒径越小,其抗压强度的降幅越大.透水系数随腐蚀龄期的延长有增大的趋势,腐蚀龄期一定时,骨料粒径越小,其透水系数的提升幅度越大.硫酸盐与混凝土内部集料反应,生成物体积发生膨胀而导致混凝土内部开裂,使混凝土整体强度降低;并导致混凝土的胶凝物质含量下降,由于生成物自身强度较低,使混凝土的粘结力随之下降,宏观强度降低.【期刊名称】《新型建筑材料》【年(卷),期】2019(046)002【总页数】5页(P40-44)【关键词】硫酸盐腐蚀;透水混凝土;抗压强度;透水系数【作者】黄美燕【作者单位】湖南城建职业技术学院市政与路桥工程系,湖南湘潭 411101【正文语种】中文【中图分类】TU528.20 引言透水混凝土是由粗骨料、水泥和水拌制而成的一种非封闭性多孔混凝土，具有透气、透水、吸声和质量小的特点，对改善城市热环境、地表土壤生态环境、吸声降噪等方面效果显著。

因此，透水混凝土被称为海绵城市建设必不可少的透水路面材料[1-3]。

目前，关于透水混凝土的研究主要从原材料的选取、配合比设计及路用性能等方面提出了一些比较成熟的观点和理论。

张瑶等[4]利用自主研发的外加剂制备透水混凝土，研究了水灰比和外加剂掺量对透水混凝土抗压强度和孔隙率的影响。

徐向舟等[5]研制了以烘干砂为主要原料，高强度等级水泥为粘结剂的混凝土透水砖，并对透水砖的抗压强度、透水率等物理指标进行了测试。

李子成等[6]的研究认为，透水混凝土的最薄弱部位是骨料与胶凝材料的界面区域，并研究了矿物活性超细粉和高分子聚合物对透水混凝土界面的增强增韧效应。

结果表明：超细粉煤灰和硅灰颗粒可以分散到界面过渡区的粗糙孔隙结构区域，提高界面过渡层的致密程度。

硫酸盐腐蚀环境下CFRP-混凝土界面性能研究

硫酸盐腐蚀环境下CFRP-混凝土界面性能研究李伟文;邢锋;严志亮;隋莉莉;曹征良【期刊名称】《深圳大学学报（理工版）》【年(卷),期】2009(026)001【摘要】通过10%硫酸钠溶液加速劣化试验,研究CFRP-混凝土粘结界面的力学性能,包括混凝土圆柱体的抗压强度、 CFRP片材的拉伸强度、混凝土的抗压强度及弹性模量.通过CFRP-混凝土粘结界面的单剪试验,研究硫酸钠溶液浸泡对CFRP与混凝土剪切粘结性能的影响,采用SEM和XRF等从微观层面探讨硫酸盐腐蚀机理.研究表明,硫酸钠溶液浸泡对CFRP的拉伸强度无影响;混凝土会受到硫酸盐的侵蚀,侵蚀程度与浸泡时间相关;因树脂的保护作用,10%硫酸盐溶液腐蚀118d对CFRP-混凝土界面的粘结性能基本无影响.【总页数】6页(P86-91)【作者】李伟文;邢锋;严志亮;隋莉莉;曹征良【作者单位】深圳大学土木工程学院,深圳市土木工程耐久性重点实验室,深圳518060;深圳大学土木工程学院,深圳市土木工程耐久性重点实验室,深圳518060;深圳市福田区建设局,深圳,518048;深圳大学土木工程学院,深圳市土木工程耐久性重点实验室,深圳518060;深圳大学土木工程学院,深圳市土木工程耐久性重点实验室,深圳518060【正文语种】中文【中图分类】TU775;TU37【相关文献】1.硫酸盐作用下后贴CFRP-混凝土界面黏结强度试验研究 [J], 李凯;张家玮;刘生纬;刘润东;张晨宇2.硫酸盐和冻融循环作用下CFRP-混凝土界面正拉粘结性能研究 [J], 王燕;李朋亚;3.硫酸盐和冻融循环作用下CFRP-混凝土界面正拉粘结性能研究 [J], 王燕;李朋亚4.硫酸盐环境下CFRP-混凝土界面黏结强度试验研究 [J], 刘生纬;赵建昌;张家玮;王作伟;杨子江5.硫酸盐环境下粗糙度对CFRP-混凝土界面黏结应力试验研究 [J], 王宏军; 殷雨时因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。