普通C40混凝土抗硫酸盐侵蚀性能研究

广东建材２００８年第８期表１Ｃ４０混凝土配合比
材料水泥（ｋｇ／ｍ３
）粉煤灰（ｋｇ／ｍ３
）砂（ｋｇ／ｍ３
）５～３１．５ｍｍ碎石（ｋｇ／ｍ３）水（ｋｇ／ｍ３）减水剂（ｋｇ／ｍ３）坍落度（ｍｍ）３／２８ｄ立方体抗压强度（ＭＰａ）
用量３３０９０７０５１１０５１６８６．７２１４２／１６９３４．９／５０．２
硫酸盐侵蚀是混凝土化学侵蚀中最广泛和最普通的形式。

硫酸钠、硫酸钾、硫酸钙、硫酸镁等硫酸盐均会
对混凝土产生侵蚀作用。

在污水处理厂、化纤工业、制药、制皂业等厂房附近的地表水和地下水中由于硫酸盐浓度相对较高，混凝土结构物的硫酸盐侵蚀破坏现象较为常见。

硫酸盐侵蚀破坏是一个复杂的物理化学过程，多年以来，国内外许多学者在侵蚀机理方面作了大量的研究。

其破坏实质是，环境水中的硫酸根离子进入其内部，与水泥石中一些固相组分发生化学反应，生成一些难溶的盐类矿物而引起。

这些难溶的盐类矿物一方面可形成钙矾石、石膏等膨胀性产物而引起膨胀、开裂、剥落和解体，另一方面也可使硬化水泥石中ＣＨ和Ｃ－Ｓ－Ｈ等组分溶出或分解，导致水泥石强度和粘结性能损失。

当硫酸盐浓度较高时干湿交替作用下会发生硫酸盐结晶破坏，结晶的硫酸盐会产生类似冻融的膨胀破坏，集料的坚固性实验就是直接用饱和Ｎａ２ＳＯ４溶液干湿交替５循环后的质量损失来衡量。

通常情况下，混凝土受硫酸盐侵蚀后表面泛白，风干后更为明显，损坏通常在棱角处开始，进而表面剥落，伴随着着裂缝发育层层推进，极端情况下有可能导致结构崩溃。

１原材料、试验方法及试验结果
选用佛山某混凝土搅拌站日常供应Ｃ４０商混实际
使用的混凝土原材料。

水泥为英德龙山水泥有限公司生产的海螺牌Ｐ．Ｏ４２．５Ｒ水泥，广电Ⅱ级粉煤灰，细集料为
肇庆西江砂，细度模数２．９；粗集料为广州增城永和石场生产的５～３１．５ｍｍ花岗岩碎石；减水剂采用佛山瑞安建材科技有限公司生产的ＬＳ－３００缓凝高效减水剂。

具体配比见表１。

按标准成型１５０ｍｍ×１５０ｍｍ×５５０ｍｍ的混凝土抗折试件６个，试件于２０±２℃静停２４小时，脱模。

标准养护至２８天，取出试件擦干后再用电吹风仔细吹干，再以环氧树脂涂覆部分表面，如图１所示。

将已涂覆部分表面的试件分成两组，其中一组的三
条试件在水中养护３００天，另一组的三条试件在硫酸盐侵蚀溶液中浸泡３００天。

试件放在容器中浸泡时，浸泡液体积为试件体积的２倍，每个试件需有２４．８升的侵蚀溶液。

本实验将同组三条试件放在同一容器内浸泡，考虑到实验周期较长，可能存在蒸发等损失，浸泡溶液体积初始为７５升，中途不补水，始终维持液面高出试件顶面４０～６０ｍｍ，采用化学纯无水硫酸钠配制５％的硫酸盐溶液。

在浸泡过程中，每隔７天用１ＮＨ２ＳＯ４（Ｈ＋浓度１ｍｏｌ／Ｌ）滴定以中和试件在溶液中放出的Ｃａ（ＯＨ）２，采用
普通Ｃ４０混凝土抗硫酸盐侵蚀性能研究
梁汝恒
摘
要：硫酸盐侵蚀破坏是一个复杂的物理化学过程，同时也是混凝土化学侵蚀中最广泛和最普通
的形式。

硫酸根离子与水泥石中一些固相组分发生化学反应，对混凝土结构的破坏通常始于棱角处，进而表面剥落，伴随着着裂缝发育层层推进，极端情况下有可能导致结构崩溃。

本文通过普通Ｃ４０混凝土在５％浓度的硫酸盐溶液中相对较长时间的浸泡，采用抗折强度的剩余来表征其抗蚀性能，并对侵蚀机理进行了初步的探讨，为类似环境下混凝土结构的抗硫酸盐侵蚀性能的研究提供了基础性参考资料。

关键词：普通Ｃ４０混凝土；抗硫酸盐侵蚀；抗折强度；抗蚀系数
图１
水泥与混凝土
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广东建材２００８年第８期
酚酞指示剂，边滴定边搅拌，使溶液的ｐＨ值保持在７．０左右。

浸泡３００天后，按ＧＢ／Ｔ５００８１－２００２《普通混凝土力学性能试验方法标准》分别测定两组试件的抗折强度。

本实验以抗蚀系数来表征混凝土在侵蚀溶液中的抗蚀性能。

抗蚀系数是指同龄期的混凝土试件在硫酸盐溶液中浸泡和在水中养护的空白样抗折强度之比，以ｋ表示，计算精确到０．０１，并按下式计算：
Ｋ３００＝Ｒ１／Ｒ０
式中：
Ｋ———抗蚀系数；
Ｒ１———试件在５％硫酸钠溶液中浸泡３００天抗折强度，ＭＰａ；Ｒ０———空白样在水中浸泡３００天抗折强度ＭＰａ。

与空白样相比在５％硫酸钠溶液中浸泡３００天后的试件表面明显发白，但无肉眼可见裂纹，在浸泡２１７天时观察到一条试件一处掉角，掉角处斜面最大尺寸２２ｍｍ。

实测抗蚀系数：
Ｋ３００＝４．３６／５．８１＝０．７５
２机理浅析
混凝土的抗硫酸盐侵蚀性能主要与其密实度（孔结构）、发生腐蚀反应的组分含量（水泥中Ｃ３Ａ含量、胶材中活性Ａｌ２Ｏ３含量）有关。

胶材用量大和掺加矿物掺合料，有利于提高密实度，也相对减少了Ｃ３Ａ的含量；但胶材中活性Ａｌ２Ｏ３含量增加，可能对混凝土抗硫酸盐侵蚀性能不利。

针对本实验，抗折强度的降低有可能基于以下原因：
２．１钙矾石结晶破坏硫酸钠、硫酸钾等多种硫酸盐都能与水泥石中的氢氧化钙作用生成硫酸钙。

硫酸钙再与水泥石中的固态水化铝酸钙反应生成二硫型水化硫铝酸钙（３ＣａＯ・Ａ１２Ｏ３・３ＣａＳＯ４・３１Ｈ２Ｏ，简式ＡＦｔ，又称钙矾石）。

以硫酸钠为例，其反应方程式如下：
４ＣａＯ・Ａ１２Ｏ３・１２Ｈ２Ｏ＋３Ｎａ２ＳＯ４＋２Ｃａ（ＯＨ）２＋２０Ｈ２Ｏ＝３ＣａＯ・
Ａｌ２Ｏ３・３ＣａＳＯ４
・３１Ｈ２Ｏ＋６ＮａＯＨ钙矾石是溶解度极低的盐类矿物，极限石灰浓度只有０．０４５ｇ／Ｌ，即使在石灰浓度很低的溶液中也能稳定存在。

钙矾石晶体形成时结合了大量的水分子，其体积是原水化铝酸钙的２．５倍，固相绝对体积增大９４％。

同时，钙矾石从碱性溶液中结晶析出时，往往形成极其微细的针状或片状晶体，这些小晶体在原始含铝固相表面
成刺猬状析出并吸水肿胀。

钙矾石晶体长大造成的结晶压力和微细的针状或片状晶体的吸水肿胀，在水泥石中产生很大的膨胀内应力，引起混凝土结构开裂破坏，表面出现少数较粗大的裂缝。

这种膨胀内应力的大小与钙矾石结晶生成的晶体大小和形貌有很大的关系。

液相碱度低时，形成的钙矾石往往为大的板条状晶体，这种类型的钙矾石一般不带来有害的膨胀；当液相碱度高时，如在纯硅酸盐水泥材料中，形成的钙矾石晶体一般为小的针状或片状，甚至呈凝胶状，这类钙矾石的吸附能力强，可产生很大的吸水肿胀作用，形成极大的膨胀应力。

因此，合理控制液相的碱度是减轻钙矾石危害性膨胀的有效途径之一。

２．２石膏结晶破坏
当侵蚀溶液的ＳＯ４２－离子浓度大于１０００ｍｇ／Ｌ、水泥石的毛细孔为饱和石灰溶液所填充时，不仅有钙矾石晶体生成，而且还有石膏结晶析出。

其反应方程为：
Ｎａ２ＳＯ４・１０Ｈ２Ｏ＋Ｃａ（ＯＨ）２＝ＣａＳＯ４・２Ｈ２Ｏ＋２ＮａＯＨ＋８Ｈ２Ｏ这种反应的发生会产生两个负面效应：一是生成的二水石膏晶体体积增大１２４％，产生很大的内应力，引起混凝土膨胀、开裂；二是水泥水化生成的ＣＨ不仅是Ｃ－Ｓ－Ｈ等水化产物稳定存在的基础，而且它本身又以波特兰石的形态存在于硬化浆体中，对其力学性能有贡献。

当硫酸盐与水泥水化产物反应生成石膏的同时，由于ＣＨ的消耗也能导致混凝土的强度损失和耐久性下
降。

石膏结晶侵蚀的特点是试件没有粗大裂纹但遍体遗散。

根据溶度积规则，只有当ＳＯ４２－离子和Ｃａ２＋离子的溶度积大于或等于石膏的溶度积时，才会有石膏结晶析
出。

显然，侵蚀溶液中ＳＯ４２－离子浓度和毛细孔中石灰浓
度具有重要意义。

有学者认为，当侵蚀溶液中ＳＯ４２－离子浓度在１４００ｍｇ／Ｌ以下时，
只有钙矾石结晶形成；当ＳＯ４２－
浓度逐渐提高，开始平行地发生钙矾石—石膏复合结晶，两种结晶并存；当ＳＯ４２－离子浓度非常高时，石膏结晶侵蚀才起主导作用。

３结束语混凝土结构耐久性问题是一个十分重要而迫切需要加以解决的问题，同时也是一个涉及方方面面异常复杂的问题。

通过对Ｃ４０普通混凝土抗硫酸盐侵蚀性能的研究，一方面能对已有的建筑结构进行科学的耐久性评定和剩余寿命预测提供硫酸盐侵蚀后的相关资料，对选
择正确的处理方法提供依据；另一方面也可对新建工程
水泥与混凝土
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项目进行耐久性设计与研究，探讨影响结构寿命的内部与外部因素，从而提高类似环境下工程的设计水平和施工质量，确保混凝土结构在设计合理期限内正常工作。

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【参考文献】
［１］ＧＢＪ８２－８５，普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法［Ｓ］．北京，中国建筑工业出版社，２００１．［２］张风臣，马保国，谭洪波，等．不同环境下水泥基材料硫酸盐侵蚀类型和机理［Ｊ］．济南大学学报（自然科学版），２００８
［３］薛君轩．钙矾石相的形成、稳定和膨胀－记钙矾石学术讨论会［Ｊ］．硅酸盐学报，１９８３
［４］马惠珠，李宗奇．混凝土中钙矾石的形成［Ｊ］．建筑科学，２００７［５］刘兴华．混凝土桥腐蚀产物的岩相分析［Ｊ］．西安建筑科技大学学报，１９９７
预应力管桩（简称ＰＨＣ桩）已广泛应用于工业与民用建筑、路桥、港口与码头等工程中，具有施工工艺简单、可靠性高、工期短等优点，成为房地产开发商和设汁施工人员乐于接受和采用的一种桩型。

目前，预应力管桩施工最常用的方法是静压法和锤击法，从大量工程实践看来，静压法虽成本较高，但噪声低和震动小，对周围环境影响小，故其应用越来越广；而锤击法则具有成本低、土层穿透能力强、承载力较有保证等优势。

在我省沿海地区地质土层成因复杂，土质变化明显，同时对工程建设现场的文明施工具有较高的要求，因此ＰＨＣ桩被广泛采用。

尽管预应力管桩近年发展速度较快，技术经验日趋成熟，被认为是一种质量较稳定的桩型，但根据一些工程的检测和施工资料，发现它在应用中确实还存在一些问题。

本文根据工程实例从施工角度探讨预应力管桩应用中存在的主要问题，并针对性地提出应采取的控制措施，以促进其今后的推广应用。

１工程实例
某办公楼位于市区，南北两面紧靠交通要遒。

东面、北面有几排民房，总建筑而积达１４７１４ｍ２，主搂高１２层，桩基采用钢筋混凝土预应力管桩，共１７４根，桩型为ＰＨＣ—Ａ６００Ｉ（１０），设计桩长５７～５８ｍ。

单桩承载力３０００ＫＮ，采用ＪＮＤ—６００大吨位桩机静压法施工，根据试桩情况，设汁桩长调整为４０～４ｌｍ。

按标高控制为主，压桩力≥４９５０ＫＮ为辅，两个标准进行控制。

桩采用静压法施工，压桩力≥４９５０ＫＮ，为确保周围建筑物及道路地下管线的安全，压桩次序为先施工东部，后施工西部，平均每天压桩７根至８根。

２桩体断裂、裂缝的原因
２．１挖机抓斗碰撞桩身
桩施工完毕后，上部土建单位即进行土方开挖，机械采用ＰＣ２００反铲挖掘机，自东向西后退挖土，一次挖土到桩顶以上３０～５０ｃｍ，局部人工配合挖去桩间土到设计标高，出于挖机操作工水平有限，且有部分桩在静压过程中，未全部打到设计标高，挖机抓斗在挖土过程中，碰撞桩身，由于管桩为薄壁结构，在外部水平推力作用下，极易产生裂缝及断裂情况，直接导致了桩基质量缺陷的产生。

２．２淤泥质土体产生水平力
施工时场地石渣厚度不足，只有７０～８０ｃｍ．而用于压桩的桩架自重达６００吨。

在施工过程中，从未发现土体向场地中间隆起现象，大多数区域反而出现地面沉降，且施工场地东面地质情况相对良好，淤泥层厚度较薄，而西南面淤泥层厚度较厚，后地下室开挖也证明了
建筑施工预应力管桩的施工控制
邓清泉（广东五华二建工程有限公司）
摘要：在预应力混凝土管桩施工中，由于淤泥质土体的挤土效应和受上部桩机自重的作用，土体
向水平方向挤土。

对已沉入桩产生水平推力，导致桩体倾斜、裂缝和断裂：通过采取纠偏、补强加固等
有效措施，成功进行后处理，达到了设计要求。

关键词：预应力管桩；淤泥土挤土；补强加固
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施工技术
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