水泥砂浆抗硫酸盐腐蚀的研究

水泥砂浆抗硫酸盐腐蚀的研究

摘要：作为基础设施建设的重要基础材料的水泥混凝土，在研究及设计方向已不再单纯以强度为主要标志，而是向强度及耐久性方向综合发展。硫酸盐侵蚀是混凝土耐久性的一个重要内容，在此背景下，本文提出以掺矿粉和氟石膏的超硫水泥砂浆为研究对象，与传统硅酸盐水泥进行试验对比研究，从抗蚀系数、膨胀率指标面上分析超硫水泥的抗硫酸盐侵蚀性能，以期开发出以掺入矿物掺合料为特征的高性能水泥体系。

关键词：高性能水泥；耐久性；硫酸盐侵蚀

Abstract: This paper presents the study to the ultra slag cement and fluorgypsum sulfur cement mortar, comparative study of traditional portland cement, ultra-sulfur cement resistance to sulfate corrosion coefficient, swelling index surface erosion performance in order to develop a high-performance cement system characterized by the incorporation of mineral admixtures.Key words: high-performance cement; durability; sulfate attack

1 引言

传统的硅酸盐水泥在生产过程中，不仅要消耗大量的资源和能源，而且会造成严重的环境污染。要与不断扩大的工程发展规模相适应，最好大力开发以掺入矿物掺合料为特征的高性能水泥体系，以解决硅酸盐水泥生产中存在的资源、能源消耗高，有害气体排放量大以及耐久性差等问题。

2. 实验内容

2.1制作水泥砂浆试件

2.1.1实验原料

实验材料为超硫水泥即硅酸盐水泥+矿粉+石膏配制的新型水泥，所用原料皆为正规厂家生产的合格产品。其它试验用原料还有：细集料（中砂，细度模数为2.6，表观密度为2710 kg/m3，松散密度为1350kg/m3）、标准砂、化学试剂无水硫酸钠、水。

2.1.2 试件尺寸及配合比确定

试件尺寸及配合比见表1。

表1试件尺寸及配合比

备注：关于试件种类：GB/T749-65为我国现行抗硫酸盐侵蚀标准试验名称，ASTMC1012-95为根据美国标准进行测试膨胀率的方法。

2.1.3 试件制备

水泥放入搅拌机中搅拌15秒，将水均匀加入然后加入砂子搅拌180秒，将拌和物入模，在振动台上振动直至表面出现泛浆，将高出试模的部分削去并用抹刀抹平。成型完毕，将试件放入20±5 ℃的成型间内静置24h，然后将试件编号、拆模。

2.1.4 试件养护

（1）ASTMC1012-95试件采用长期浸泡试验方法，试件脱模后在清水中养护1d，测初长，然后将LP和LCS试件均分两组分别浸泡在清水和5%Na2SO4溶液中，测3d、7d、11d、14d长度变化率。

（2）GB/T749-65试件采用长期浸泡法，试件脱模后在清水中养护1d，然后将DP和DCS试件均分两组分别浸泡在清水和5%NaSO4溶液中，28d后取出，测抗折强度。

2.1.5 试样制备

将测定了凝结时间的各净浆试样按标准养护至不同龄期进行取样，并立即用丙酮浸泡以停止其水化。实验前，将试样取出在60℃温度下恒温干燥6h后，用研钵磨细。

2.2 试验结果与分析

2.2.1 两种水泥物理力学性能对比

首先，对硅酸盐水泥和新型水泥进行物理力学性能比对，结果见表2。

表2水泥的物理力学性能

从表2可以看出超硫水泥比普通水泥的初凝时间长4-5个小时终凝时间长5-6个小时。水泥的凝结时间主要由C3A、C3S含量决定，超硫酸盐水泥相较硅

酸盐水泥，由于混合材的掺加降低了C3A和C3S含量，水化速率减慢，而且孰料较少，没有足够的孰料水化，水泥颗粒搭接点少，水化以后生成的晶体物质相对较少，其相互交错搭接的地方少，聚结慢，从而凝结缓慢。超硫酸盐水泥水化过程中钙矾石的形成可使其凝结，但由于超硫酸盐水泥中石膏溶解速度缓慢，使SO42-浓度低，如果Ca2+、OH-、SO42-反应物浓度低，反应速度也会变慢，致使钙矾石生成速度慢。钙矾石形成的缓慢也是使超硫酸盐水泥凝结速度缓慢的原因。

3天时普通水泥的抗折强度高于超硫水泥，7天、28天时超硫水泥的抗折强度高于普通水泥。前期硅酸盐水泥水化速度快，强度增长快。水泥水化产物可通过X光衍射进行分析，从水泥水化产物看，硅酸盐水泥主要是C-S-H凝胶和Ca(OH)2，C-S-H凝胶的颗粒小，比表面积大，与未水化水泥颗粒和粗细骨料的粘结性较好，试样的强度主要取决于C-S-H的多少，Ca(OH)2颗粒较大，比表面积小，结晶的板面容易覆盖在骨料的表面，因而与未水化的水泥颗粒和细骨料粘结性差。对强度十分不利。前期时，硅酸盐水泥中形成大量Ca(OH)2所以3天时抗折强度很低，7天后消耗了大量Ca(OH)2生成C-S-H凝胶，所以在后期硅酸盐水泥强度很高。

2.2.2 膨胀率分析

ASTMC1012-95 试件初期养护后测定初始长度，并将两组试块（LP为硅酸盐水泥试件，LCS为超流水泥试件），每组6块，3块放在水中，3块放在5% Na2SO4溶液中，（LP1、LP2、LP3、LCS1、LCS2、LCS3放入水中；LP4、LP5、LP6、LCS4、LCS5、LCS6放入5% Na2SO4溶液中）用比长仪在各龄期测定长度。清水中试块作为对照，膨胀率大于0.40%试件不抗硫酸盐侵蚀，表达式为：膨胀率= ( Lt - Lo)×100/285

式中Lt—试件浸泡到某一时间的长度，mm

Lo—试件的初始长度，mm

测得各龄期长度后，将其膨胀率变化绘成折线图，见图1和图2。

图1 试件水中浸泡膨胀率变化图2 试件5%Na2SO4溶液中浸泡膨胀率变化

从图1中可以看出硅酸盐水泥试件在清水中长度基本保持不变，超硫水泥在清水中会微膨胀，膨胀率在0.02%左右。从图2中可以看出超硫水泥在5% Na2SO4中膨胀率均在0.04%以下，远小于硅酸盐水泥试样的0.062%。从硫酸盐侵蚀机理来看，要生成钙矾石，必须有水化铝酸钙，而水化铝酸钙是铝酸三钙(C3A)的水化产物，超硫水泥大量取代水泥熟料，对总的C3A含量有一定的稀释作用，这就减少了钙矾石等膨胀性物质的产生。超硫水泥中大量混合材料的掺加