混凝土抗硫酸盐腐蚀试验方法研究

试 件 浸 泡 在 5% 硫 酸 盐 溶 液 至 一 定 龄 期 ； 评 价 标 准 ： 膨 胀 率 ； 优 点 ： 考 虑 了 Na2SO4 和 MgSO4 两 种 侵 蚀溶液的影响；缺点：试验结果离散性较大，龄期 长。 （2 ） 德国的氧扩散法 ： 试件成型 2 d 后脱模 ， 放 人 20 ℃ 的 Ca （OH ）2 饱和溶液中 ， 在 14 d 时 再 移 人 4.4% 的 Na2SO4 溶液中养护 ， 采用氧扩散法测定浸养 后试件的渗气性并计算它们的有效扩散系数 ； 评价 标准 ： 有效扩散系数 ； 优点 ： 从试件尺寸 、 质量 、 弹性 模量等多方面来评价腐蚀作用 ； 缺点 ： 方法较复杂 ， 龄期长 。 （3 ） 前苏联等国的浸泡法 ： 水泥试件同时浸泡 在侵蚀环境中和淡水中至一定龄期 ； 评价标准 ： 同龄 期强度比值 ； 优点 ： 方法简单 ； 缺点 ： 龄期长 。
1.2
我国的方法
（1 ） GB 749-1965 ： 试件加 压 成 型 ， 湿 气 中 养 护 1 d，淡水中养护 14 d 后 ，部分试件仍在淡水中养护 ， 部分放入硫酸盐溶液中 ， 养护至 6 个月 ； 评价标准 ： 腐蚀系数 ； 优点 ： 有明确的评定标准 ， 腐蚀系数小于
0.80 时 ，则认为该种水泥在该环境下抗蚀性能较差 ；
［1］ 胡 波. 混凝土抗硫酸盐侵蚀快速评估方法研究 ［D］ .重 庆： 重庆交通大学， 2007. ［2］ 肖延亮， 李光伟， 杨忠义.应重视水利水电工程的硫酸盐 .水电站设计， 2008， 24 （3 ） ： 80-82. 侵蚀问题 ［J］ ［3］ 王柏源. 环境水对水工混凝土硫酸盐侵蚀破坏的实例及 研究 ［J］ .水电自动化与大坝监测， 1985， 9 （2 ） ： 12-16. ［4］ 戈雪良， 曾 力， 张 超.混凝土抗硫酸盐侵蚀试验方法 及评价指标研究 ［C］ .//冷发光， 张仁瑜 . 混凝土标准规范 及工程应用.北京： 中国建材工业出版社， 2005： 162-164. ［5］ 陈 东， 卢长谷 . 水泥耐蚀性能评定方法新探 ［J］ . 水泥， 1994， 21 （1 ） ： 38-40. ［6］ 马孝轩， 冷发光， 郭向勇 ． 混凝土材料 （下转第 29 页）
2
混凝土的抗腐蚀性能 。 我国对混凝土抗硫酸盐腐蚀试验方法的研究 将混凝土置于现场真实的腐蚀环境显然更有利
表１
单位 中国建筑科学 研究院 中国建筑材料 科学研究院 清华大学的 冯乃谦教授 方法
我国混凝土抗硫酸盐腐蚀试验方法主要研究成果
试验内容 成果
10 cm×10 cm×10 cm 立方体标准试件， 标准养护 28 d， 分别浸泡 浸泡加速试验研究 方法简单，结果直观， 该 在 5%的 Na2SO4 溶液中和清水中， 浸泡龄期为 30 d、 60 d、 90 d、 120 d、 方法已用于科研和工程实践 （全浸泡 ） 150 d、 180 d 抗腐蚀 半浸泡试验 干湿循环 试验研究 10 cm×10 cm×10 cm 立方体标准试件， 标准养护 28 d， 将混凝土 下半部分浸入侵蚀介质中 腐蚀作用比全浸泡快
第 48 卷第 8 期 2012 年 8 月
甘 肃 水 利 水 电 技 术
GANSU WATER RESOURCES AND HYDROPOWER TECHNOLOGY
Vol．48 ，No．8 Aug. ，2012
· 设计与研究 ·
混凝土抗硫酸盐腐蚀试验方法研究
雷伟丽 ，王世儒
（重庆水利电力职业技术学院， 重庆 402160 ）
摘要： 分析了各国混凝土抗硫酸盐腐蚀试验的方法和标准， 总结出目前实验室主要采用的方法及特点， 对几种试验 方法进行了分析对比， 提出几种方法中存在的主要问题。 关键词： 抗硫酸盐腐蚀； 试验方法； 全浸泡； 干湿循环 中图分类号： TU528 文献标志码： B 文章编号： 2095-0144 （2012 ） 08-0025-02
缺点 ： 没有指明侵蚀溶液的浓度 ， 没有考虑在高 、 低 浓度时 ， 侵蚀机理的不同 ， 且试验周期长 。 （2 ） GB/T 2420-1981 ： 试件压力成型 ，1 d 养护 箱养护 ，7 d 50 ℃ 水中养护 ， 然后常温侵蚀 28 d ； 评 价标准 ： 抗蚀系数 ； 优点 ： 试验周期短 ，36 d ； 缺点 ： 没 有明确的评定标准 ， 试件尺寸很小 ， 结果离散性大 ， 实用性较差 （3 ） GB/T 749-2001 ： 方 法 和 评 价 标 准 类 似 于 ASTM 的试验法 。 以上试验方法均采用小尺寸水泥胶砂试件 ， 试
2 1 质量损失率/% 0 -1 C30-0 -2 -3 -4 -5 冻融循环次数 C30-1 0 25 50 C50-0 C50-1 75 100 125 150
循环 50 次后试件质量开始增加 ， 动弹模量下降 ，125 次时 ， 动弹模量下降至常温时的 63.4% ， 当冻融循环 达到 150 次时 ， 其中两个试件发生冻胀开裂 。 对比 组冻融循环 50 次之后试件质量开始增加 ， 动弹模量 下降 ，150 次时 ， 动弹模量下降至 81.2% 。
较快速， 已为山东沿海某 10 cm×10 cm×10 cm 立方体标准试件， 28 d 标准养护后进行干湿 取出晾干 1 h， 放入 80 ℃ 公路桥梁工程建设提供了最 循环： 室温下 5%的 Na2SO4 溶液中浸泡 16 h， 取得 烘箱中烘干 6 h， 冷却 1 h 后称重或压强度。一个循环为 24 h， 然后再 佳抗硫酸盐腐蚀混凝土， 了良好的社会和经济效益 放入 Na2SO4 溶液中 10 cm ×10 cm ×10 cm 立方体标准试件， 成型后标养 7 d， 将试件 用两个评价指标来评价 （NH4 ） 边角易损部分小心清理干净，放于 5% 2SO4 和 5 % Na2SO4 溶液 抗腐蚀性， 但试验精度要求较 1 d 后， 测体积为原始体积， 28 d 后再测体积， 两体积之差为混凝 高， 中， 方法较繁琐， 有一定的局 土体积的膨胀值， 以体积膨胀值和强度损失率来比较混凝土的抗侵 限性 蚀性能 10 cm×10 cm×10 cm 立方体标准试件， 参考水泥抗硫酸盐侵蚀标 准 GB 749-65 方法进行， 成型后标养 28 d， 一组浸泡在 3% 的 Na2SO4 溶液中， 每 2 个月更换一次溶液， 浸泡 150 d， 另一组于水中养护。 最后 以混凝土的抗压强度变化率来比较混凝土的抗侵蚀的能力 方法简单， 结果直观
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第8期
程臻赟 ：CTF 混凝土增效剂对混凝土耐久性的影响研究
第 48 卷
气泡能有效改善和提高混凝土拌和物的和易性和稳 定性能 。 图 1 和图 2 分别是混凝土不同冻融循环次 数后的质量损失率和动弹模量的变化情况 。 可以看 出 ，C30 等级的混凝土随着抗冻次数的增加 ， 质量损 失不断增大 ， 基准组在抗冻次数 75 次之前质量损失 率增长较小 ，75 次冻融循环之后 ， 质量损失迅速增 大 。 冻融循环达到 125 次 ， 质量损失达到 4% ， 动弹模 量下降达 35.8% 。 掺入 CTF 增效剂之后 ， 试件质量损 失基本呈现出均衡的增长过程 ， 至冻融循环 150 次 时 ， 质量损失达到 2.4% ， 动弹模量下降到 41.1% 。 C50 等级混凝土随抗冻次数增加 ，质量损失为 0。 前 50 次冻融循环质量基本没有变化 。 基准组冻融
我国先后 3 次制定 的 国 家 标 准 GB 749-1965 、 GB/T 2420-1981 、GB/T 749-2001 中 ， 水泥抗硫酸盐 腐蚀试验方法及评价指标都存在着不足之处 ， 将这 些方法用在混凝土上来评价混凝土的抗腐蚀性 ， 不 能完全反映混凝土的抗硫酸盐腐蚀能力 。 国内一些科研单位采用的混凝土抗腐蚀性能的 试验方法都不同程度的派生于此 ， 也具有局限性 。 美国材料 试 验 学 会 的 标 准 （ASTM 方 法 ）， 以 膨 胀性来衡量混凝土的抗腐蚀性 。 而混凝土实际工作 的环境中 ， 膨胀破坏多数是在有环境 、 荷载等约束条 件下发生的 ， 试验中的膨胀是无约束情况下的膨胀 值 ， 两者之间的差异尚需研究 ， 且膨胀率的测定对试 验条件及精度要求较高 。 目前采用较为广泛的方法主要是全浸泡法和干 湿循环法 。 从理论上来说 ， 与以往国家标准方法主 要的不同点是抗腐蚀系数不再沿用抗折强度比 ， 而 采用抗压强度比 ， 这个指标能更准确地评价抗腐蚀 性 。 干湿循环法也已应用于工程实际中 ， 它最大的 优点在于比全浸法的试验周期短 ， 这对于试验是极 为有利的 ， 它提出两个新评价指标 ：“ 强度耐蚀系数 ” 和 “ 质量耐蚀系数 ”， 但也有些学者质疑干湿循环法
收稿日期： 2012-07-19 作者简介： 雷伟丽 （1980） ， 女， 山西汾阳， 助教， 硕士， 主要从事水工建筑材料研究。
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2012 年第 8 期
Leabharlann Baidu
甘肃水利水电技术
第 48 卷
件体积小 ， 成型时的微小变化也可能对试验的结果 产生显著影响 ， 从而使试验结果的离散性较大 ， 将这 些方法用于混凝土的性能研究上也并不能真实反映
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水泥抗硫酸盐腐蚀的试验方法标准
从作用机理来来看 ， 混凝土被硫酸盐腐蚀主要 是由于硫酸根离子对水泥石的腐蚀作用 ， 基于混凝 土抗硫酸盐腐蚀性能的试验方法及评价指标至今还 没有统一标准 ， 混凝土的抗腐蚀试验往往沿用水泥 抗硫酸盐试验的方法 。 各国水泥抗硫酸盐腐蚀的试 验方法及优缺点归纳如下 。 1.1 国外的方法 （1 ） 美 国 ASTM （ 美 国 材 料 与 试 验 协 会 ） 方 法 ：
暨南大学与 广州大学
全浸泡
东南大学与 南京长江二桥 建设指挥部
全浸泡
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目前试验方法中存在的问题
能否客观代表真实的工程腐蚀环境 。 无论是各国沿用的标准 ， 还是目前主要采用的 长期浸泡法和干湿循环法 ， 各种硫酸盐侵蚀的测试 方法中都存在着许多问题 ， 很难真实可靠的反应实 际的情况 ， 其中比较突出的问题是 ： 试验周期较长 ， 不能满足工程实际的需要 ， 对混凝土是否被腐蚀破 坏缺乏科学的界定 、 可靠的评价指标等 。 一系列的 问题有待进一步解决 ， 还需努力探索一个既能真实 反应实际情况 ， 又能缩短试验验周期的科学试验方 法。 参考文献 ：
“ 腐蚀 ” 是破坏混凝土的主要因素之一 ， 因此 ， 近 年来 ， 混凝土抗腐蚀性的研究已经成为研究混凝土 耐久性的一个重要内容 。 而在各种复杂的腐蚀环境 中 ， 硫酸盐腐蚀又是复杂性和危害性最大的一种 ， 海 水 、 地下水 、 土壤 、 腐烂的有机物 、 工业废水 、 道路除 冰盐等都含有硫酸根离子 ， 腐蚀作用可导致混凝土 产生膨胀 、 开裂 、 剥落等现象 ， 使混凝土丧失黏性 ， 强 度损失 。 对水工混凝土而言 ， 长期处于易渗透的工 作环境使腐蚀危害加剧 。 例如 ， 我国朝阳水电站就 曾因混凝土多处出现较严重的硫酸盐腐蚀破坏现 象 ， 而采取补强措施 ； 我国的八盘峡水电站和刘家峡 水电站等的部分混凝土工程也都遭受了较严重的硫 酸盐腐蚀破坏 。 越来越多的事实表明 ， 我们要充分 重视混凝土的硫酸盐腐蚀问题 ， 并找到行之有效的 防治措施 。 虽然早在 19 世纪末 ， 德国学者就发现了硫酸盐 对混凝土的腐蚀 ， 但混凝土的腐蚀过程复杂 ， 且大多 是在腐蚀介质作用下缓慢进行的 ， 因此 ， 抗腐蚀性的 研究往往受到试验条件 、 时间等的限制 ， 难以对混凝 土的抗腐蚀性做出准确的评价 ， 目前各国抗腐蚀性 试验尚没有统一的方法和标准 。
于腐蚀试验的研究 ， 但实际环境中 ， 硫酸盐浓度低 ， 反应缓慢 ， 腐蚀试验费时费事 ， 难以满足工程实际的 需要 。 因此 ， 对于混凝土抗硫酸盐腐蚀性能的试验 研究主要是采用实验室加速的方法来进行 。 目前 ， 在我国已形成了几种实验室常用的混凝土抗硫酸盐 腐蚀的试验方法 ， 归纳于下表 1 。