硫铝酸盐水泥混凝土的抗硫酸盐侵蚀性能
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由表 4 可知，在淡水中，A1、B1、C1 组试件的抗 折强度随水灰比降低而增大；1d、3d 强度发展快，后 期强度发展缓慢。 以 3d 强度为基准，水灰比为 0.5、
-2-
0.4、0.3 的 混 凝 土 1d 抗 折 强 度 达 到 89.9% 、94.8% 、 84.8%；以 28d 强度为基准，水灰比为 0.5、0.4、0.3 的 混 凝 土 1d 抗 折 强 度 达 到 73.0% 、75.1% 、67.2% ，3d 抗折强度达到 81.2%、79.2%、79.3%，这体现 了硫铝 酸盐水泥具有早强、高强的特点。
淡水
8.56
C2
2500
/
0.3
C3
8000
/
C4
20250
/
3d 8.85
/ / / 9.19 / / / 10.09 / / /
A
SAC
0.3
1∶2.5
750
90
0.175
0.50
B
SAC
0.4
1∶2.5
750
120
0.175
0.25
C
SAC
0.5
1∶2.5
300
750
150
0.175
/
D
HSR
0.4
1∶2.5
750
120
/
0.25
E
P·O
0.4
1∶2.5
750
120
/
0.25
注：（1）掺加一定量硼酸缓凝剂对 SAC 水泥调凝；（2）“/”表示没有添加相应的外加剂。
选取水灰比为 0.4 的 SAC 试件, 8h 拆模后不养 护，即刻进行侵蚀试验。 实测其 8h 拆模时抗折强度 为 1.86MPa，达 到 3d 强 度 的 20.3% ，说 明 试 件 早 期 强度高， 强度发展快。 测得其在各浓度硫酸盐溶液 中 K 蚀随时间的变化关系，见图 1。 由图 1 可知，浸 泡在淡水和各浓度侵蚀溶液中的试件抗折强度随 着浸泡龄期延长而持续增长， 与表 4 中标准养护 3d、水灰比为 0.4 的 SAC 试件在各溶液中的强度基 本相同。 将不养护 SAC 试件与标准养护 3d 的 SAC 试件在各浓度溶液中的抗蚀系数进行对比，结果见
在侵蚀溶液中，试件的水灰比越小，抗折强度 越高；侵蚀溶液浓度越高，抗折强度越高。 只是大水 灰比试件在较高浓度溶液中的强度增长率大，小水 灰比试件在高浓度溶液中的强度增长率小。 SAC 试 件的抗蚀系数 K 蚀均大于 1.0，且同一配比试件的抗 蚀系数 K 蚀随侵蚀溶液浓度的增大而增大。 说明 SO42-起到了激发剂的作用， 促进了硫铝酸盐水泥混 凝土强度的良好发展，表现了硫铝酸盐水泥优良的 抗硫酸盐侵蚀能力。 2.1.2 不养护 SAC 试件的抗侵蚀能力
0 前言 西北高寒干旱区（如新疆）混凝土受硫酸盐侵
蚀问题较为严重。 提高混凝土抗硫酸侵蚀性能通常 有两种措施：一是使用抗硫酸盐水泥；二是内掺超 细矿物掺合料配制高性能混凝土。 然而，抗硫水泥 抗侵蚀能力有限；大掺量掺合料虽可以显著提高混 凝 土 的 抗 侵 蚀 能 力 ， 但 混 凝 土 早 期 强 度 普 遍 偏 低 [1]。 而硫铝酸盐水泥具有快硬、早强、耐久性好等特点[2]，在 新疆有广阔的应用前景[3]。 本文主要探究水灰比、养 护龄期、侵蚀溶液浓度、侵蚀龄期等因素对硫铝酸 盐水泥混凝土抗侵蚀性能的影响， 并结合微观观 测，分析和揭示其抗硫酸盐侵蚀特点与机理。 同时， 通过高抗硫水泥和普通水泥的对比侵蚀实验，用来 评定硫铝酸盐水泥的抗硫酸盐侵蚀能力，以期为有 快硬、早强和较高抗硫酸盐侵蚀性能要求的混凝土 结构设计提供硫铝酸盐水泥应用的参考依据。
K 蚀=R 液/R 水 式中，K 蚀—抗蚀系数；
R 液—试件浸泡在侵蚀溶液中， 一定龄期时的 抗折强度，MPa；
R 水—试件浸泡在淡水中， 一定龄期时的抗折 强度，MPa。 2 试验结果与分析 2.1 宏观观测与分析 2.1.1 标准养护 3d 的 SAC 试件抗侵蚀能力
将测得的 A、B、C 组 试件在各浓 度溶液中经 不 同浸泡时间后的抗折强度和抗蚀系数列于表 4。
42.5 级快硬硫铝酸盐水泥 6.82 16.40 25.83 1.09 37.18 1.82 9.22 0.16 0.31 0.59 /
/ //
注 ：“/”表 示 没 有 测 量 数 据 。
表 3 胶砂试件配合比
编号
水泥种类
水灰比
胶砂比
水泥/g 标准砂/g 水/mL 硼酸缓凝剂/% FND 高效减水剂/%
基金项目： 新疆高等学校科研计划重点项目资助 （XJEDU2008115）； 新 疆 水 利 水 电 工 程 重 点 学 科 项 目 资 助 （xjzdxk-2009-10-05）。
1 原材料与试验方法 1.1 原材料
水泥：唐山产 42.5 级快硬硫铝 酸盐水泥；乌 鲁 木齐产 P·O 42.5 级水泥； 乌鲁木齐产 42.5 级高抗 硫酸盐水泥，水泥的各项物理性能指标见表 1，化学 性能指标见表 2。
-1-
2012 年第 10 期
混凝土与水泥制品
总第 198 期
表 1 水泥各项物理性能指标
水泥
密度 比表面积 标准稠度 安定 /（gΒιβλιοθήκη Baiducm3） /（m2/kg） 用水量/% 性
42.5 级高抗硫水泥
3.10
400
42.5 级快硬硫铝酸盐水泥 2.87
427
26.0 合格 24.4 合格
硬 结 时 间 /（h∶min）
初凝
终凝
2∶45 4∶25
0∶28 0∶50
抗 折 强 度 /MPa 1d 3d 28d / 4.2 7.4 7.8 8.4 /
抗 压 强 度 /MPa 1d 3d 28d / 19.0 50.0 41.0 49.2 /
注 ：“/”表 示 没 有 测 量 数 据 。
表 2 水泥化学成分及熟料矿物成分
砂：ISO 标准砂。 减水剂：标准型 FDN 高效减水剂。 缓凝剂：分析纯硼酸。 水：自来水。 1.2 试验方法 试验参考 GB 2420—1981 《水泥抗硫酸盐侵蚀 快 速 试 验 方 法 》和 GB/T 749—2008《水 泥 抗 硫 酸 盐 侵蚀试验方法》， 制作了水灰比分别为 0.3、0.4、0.5 的硫铝酸盐水泥胶砂试件（简称 SAC 试件），其配合 比见表3，尺寸均为 10mm×10mm×60mm。试件 8 h 拆 模后经 3d 标准养护，分别浸泡在淡水、硫酸根离子 浓度分别为 2500mg/L、8000mg/L、20250mg/L 的硫酸 钠溶液中，进行侵蚀试验；另为模拟一些实际工程
李方元，唐新军，胡 全，等 硫铝酸盐水泥混凝土的抗硫酸盐侵蚀性能
表 4 标准养护 3d 的 SAC 试件抗折强度与抗蚀系数
编号
侵蚀溶液浓
水灰比
度/（mg/L）
1d
A1
淡水
7.96
A2
2500
/
0.5
A3
8000
/
A4
20250
/
B1
淡水
8.71
B2
2500
/
0.4
B3
8000
/
B4
20250
/
C1
2012 年第 10 期 10 月
混凝土与水泥制品 CHINA CONCRETE AND CEMENT PRODUC
2012 No.10 October
硫铝酸盐水泥混凝土的抗硫酸盐侵蚀性能
李方元，唐新军，胡 全，阿里木江·苏拉依曼 （新疆农业大学水利与土木工程学院，乌鲁木齐 830052）
摘 要：通过制配水泥胶砂试件进行硫酸盐侵蚀试验，研究了水灰比、养护龄期、侵蚀溶液浓度、侵蚀龄期等对 硫铝 酸 盐 水泥 混 凝 土抗 硫 酸 盐侵 蚀 能 力 的 影 响 ；并 采 用 宏 观 观 测 和 扫 描 电 镜 （SEM）、能 谱 （EDS）微 观 观 测 方 法 ，分 析和揭示其抗硫酸盐侵蚀机理，并与高抗硫硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥的抗硫酸盐侵蚀性能进行了对比。结果表 明，硫铝酸盐水泥胶砂试件可以抵抗高浓度硫酸盐的侵蚀，且随着水灰比的降低、养护龄期的延长，其抗硫酸盐侵蚀 能力会进一步得到提高；硫铝酸盐水泥混凝土较高的抗硫酸盐侵蚀能力，主要取决于混凝土的高密实度和化学侵蚀 内因的减少。 侵蚀发生在开口孔隙内，侵蚀产物是团簇状钙矾石（AFt），硫铝酸盐水泥具有显著高于高抗硫水泥抗硫 酸盐侵蚀的能力。
的基础混凝土浇筑完成不久就遭受硫酸盐侵蚀的 工况，选取 8h 拆模后不 养护、水灰比 为 0.4 的硫铝 酸盐水泥胶砂试件， 与拆模后经 3d 标准养护的水 灰 比 为 0.4 的 高 抗 硫 水 泥 胶 砂 试 件 （简 称 HSR 试 件）和普通硅酸盐水泥胶砂试件（简称 P·O 试件）进 行硫酸盐侵蚀试验对比（配比见表 3）；另对侵蚀不 同龄期的 SAC 试件进行宏观观测和微观 SEM、EDS 观测分析。 各水泥试件浸泡 28d、60d、120d、180d 后 进行抗折强度试验，并计算抗蚀系数 K 蚀（当 K 蚀≤ 0.8 时 认 为 试 件 抗 蚀 不 合 格 ， 即 试 件 遭 受 侵 蚀 破 坏）：
关键词：硫酸盐侵蚀；硫铝酸盐水泥；抗蚀系数；抗侵蚀机理 Abstract: Considered the water-cement ratio, curing period, concentration of erosion solution and erosion age factors, the capability of resisting sulfate corrosion of sulphoaluminate cement concrete (SAC) is tested. To analyze and reveal the anti-erosion mechanism of SAC, the scanning electron microscope (SEM) and energy dispersion spectrum (EDS) method are used to observe the microscopic features of specimens. And to evaluate the anti-erosion capability, the experiment of resisting sulfate corrosion is also tested between high sulfate resistant Portland cement (HSR) and ordinary Portland cement (P·O). The results indicate that sulphoaluminate cement mortar specimens can resist the erosion of high concentration sulfate, and with the reduction of water -cement ratio and the curing period extension, its ability of sulfate erosion resistance will be further improved; the high sulfate resistance ability of sulphoaluminate cement concrete mainly depends on its high density and the chemical erosion reduced. It’s the ettringite (AFt) that occurs in the opening voids, and the capability of resisting sulfate corrosion of SAC is significantly higher than that of HSR. Key words: Sulfate corrosion; Sulphoaluminate cement; Resistance coefficient; Anti-erosion mechanism 中图分类号：TU528.33 文献标识码：A 文章编号：1000-4637（2012）10-01-06
%
熟料中矿物成分 烧失量 SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO SO3 Na2O K2O R2O
C3S C2S C3A C4AF
42.5 级高抗硫水泥
0.45 22.40 3.97 5.27 62.83 1.99 2.05 0.30 0.43 0.58 45.55 29.89 1.58 16.02
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0.4、0.3 的 混 凝 土 1d 抗 折 强 度 达 到 89.9% 、94.8% 、 84.8%；以 28d 强度为基准，水灰比为 0.5、0.4、0.3 的 混 凝 土 1d 抗 折 强 度 达 到 73.0% 、75.1% 、67.2% ，3d 抗折强度达到 81.2%、79.2%、79.3%，这体现 了硫铝 酸盐水泥具有早强、高强的特点。
淡水
8.56
C2
2500
/
0.3
C3
8000
/
C4
20250
/
3d 8.85
/ / / 9.19 / / / 10.09 / / /
A
SAC
0.3
1∶2.5
750
90
0.175
0.50
B
SAC
0.4
1∶2.5
750
120
0.175
0.25
C
SAC
0.5
1∶2.5
300
750
150
0.175
/
D
HSR
0.4
1∶2.5
750
120
/
0.25
E
P·O
0.4
1∶2.5
750
120
/
0.25
注：（1）掺加一定量硼酸缓凝剂对 SAC 水泥调凝；（2）“/”表示没有添加相应的外加剂。
选取水灰比为 0.4 的 SAC 试件, 8h 拆模后不养 护，即刻进行侵蚀试验。 实测其 8h 拆模时抗折强度 为 1.86MPa，达 到 3d 强 度 的 20.3% ，说 明 试 件 早 期 强度高， 强度发展快。 测得其在各浓度硫酸盐溶液 中 K 蚀随时间的变化关系，见图 1。 由图 1 可知，浸 泡在淡水和各浓度侵蚀溶液中的试件抗折强度随 着浸泡龄期延长而持续增长， 与表 4 中标准养护 3d、水灰比为 0.4 的 SAC 试件在各溶液中的强度基 本相同。 将不养护 SAC 试件与标准养护 3d 的 SAC 试件在各浓度溶液中的抗蚀系数进行对比，结果见
在侵蚀溶液中，试件的水灰比越小，抗折强度 越高；侵蚀溶液浓度越高，抗折强度越高。 只是大水 灰比试件在较高浓度溶液中的强度增长率大，小水 灰比试件在高浓度溶液中的强度增长率小。 SAC 试 件的抗蚀系数 K 蚀均大于 1.0，且同一配比试件的抗 蚀系数 K 蚀随侵蚀溶液浓度的增大而增大。 说明 SO42-起到了激发剂的作用， 促进了硫铝酸盐水泥混 凝土强度的良好发展，表现了硫铝酸盐水泥优良的 抗硫酸盐侵蚀能力。 2.1.2 不养护 SAC 试件的抗侵蚀能力
0 前言 西北高寒干旱区（如新疆）混凝土受硫酸盐侵
蚀问题较为严重。 提高混凝土抗硫酸侵蚀性能通常 有两种措施：一是使用抗硫酸盐水泥；二是内掺超 细矿物掺合料配制高性能混凝土。 然而，抗硫水泥 抗侵蚀能力有限；大掺量掺合料虽可以显著提高混 凝 土 的 抗 侵 蚀 能 力 ， 但 混 凝 土 早 期 强 度 普 遍 偏 低 [1]。 而硫铝酸盐水泥具有快硬、早强、耐久性好等特点[2]，在 新疆有广阔的应用前景[3]。 本文主要探究水灰比、养 护龄期、侵蚀溶液浓度、侵蚀龄期等因素对硫铝酸 盐水泥混凝土抗侵蚀性能的影响， 并结合微观观 测，分析和揭示其抗硫酸盐侵蚀特点与机理。 同时， 通过高抗硫水泥和普通水泥的对比侵蚀实验，用来 评定硫铝酸盐水泥的抗硫酸盐侵蚀能力，以期为有 快硬、早强和较高抗硫酸盐侵蚀性能要求的混凝土 结构设计提供硫铝酸盐水泥应用的参考依据。
K 蚀=R 液/R 水 式中，K 蚀—抗蚀系数；
R 液—试件浸泡在侵蚀溶液中， 一定龄期时的 抗折强度，MPa；
R 水—试件浸泡在淡水中， 一定龄期时的抗折 强度，MPa。 2 试验结果与分析 2.1 宏观观测与分析 2.1.1 标准养护 3d 的 SAC 试件抗侵蚀能力
将测得的 A、B、C 组 试件在各浓 度溶液中经 不 同浸泡时间后的抗折强度和抗蚀系数列于表 4。
42.5 级快硬硫铝酸盐水泥 6.82 16.40 25.83 1.09 37.18 1.82 9.22 0.16 0.31 0.59 /
/ //
注 ：“/”表 示 没 有 测 量 数 据 。
表 3 胶砂试件配合比
编号
水泥种类
水灰比
胶砂比
水泥/g 标准砂/g 水/mL 硼酸缓凝剂/% FND 高效减水剂/%
基金项目： 新疆高等学校科研计划重点项目资助 （XJEDU2008115）； 新 疆 水 利 水 电 工 程 重 点 学 科 项 目 资 助 （xjzdxk-2009-10-05）。
1 原材料与试验方法 1.1 原材料
水泥：唐山产 42.5 级快硬硫铝 酸盐水泥；乌 鲁 木齐产 P·O 42.5 级水泥； 乌鲁木齐产 42.5 级高抗 硫酸盐水泥，水泥的各项物理性能指标见表 1，化学 性能指标见表 2。
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2012 年第 10 期
混凝土与水泥制品
总第 198 期
表 1 水泥各项物理性能指标
水泥
密度 比表面积 标准稠度 安定 /（gΒιβλιοθήκη Baiducm3） /（m2/kg） 用水量/% 性
42.5 级高抗硫水泥
3.10
400
42.5 级快硬硫铝酸盐水泥 2.87
427
26.0 合格 24.4 合格
硬 结 时 间 /（h∶min）
初凝
终凝
2∶45 4∶25
0∶28 0∶50
抗 折 强 度 /MPa 1d 3d 28d / 4.2 7.4 7.8 8.4 /
抗 压 强 度 /MPa 1d 3d 28d / 19.0 50.0 41.0 49.2 /
注 ：“/”表 示 没 有 测 量 数 据 。
表 2 水泥化学成分及熟料矿物成分
砂：ISO 标准砂。 减水剂：标准型 FDN 高效减水剂。 缓凝剂：分析纯硼酸。 水：自来水。 1.2 试验方法 试验参考 GB 2420—1981 《水泥抗硫酸盐侵蚀 快 速 试 验 方 法 》和 GB/T 749—2008《水 泥 抗 硫 酸 盐 侵蚀试验方法》， 制作了水灰比分别为 0.3、0.4、0.5 的硫铝酸盐水泥胶砂试件（简称 SAC 试件），其配合 比见表3，尺寸均为 10mm×10mm×60mm。试件 8 h 拆 模后经 3d 标准养护，分别浸泡在淡水、硫酸根离子 浓度分别为 2500mg/L、8000mg/L、20250mg/L 的硫酸 钠溶液中，进行侵蚀试验；另为模拟一些实际工程
李方元，唐新军，胡 全，等 硫铝酸盐水泥混凝土的抗硫酸盐侵蚀性能
表 4 标准养护 3d 的 SAC 试件抗折强度与抗蚀系数
编号
侵蚀溶液浓
水灰比
度/（mg/L）
1d
A1
淡水
7.96
A2
2500
/
0.5
A3
8000
/
A4
20250
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B1
淡水
8.71
B2
2500
/
0.4
B3
8000
/
B4
20250
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C1
2012 年第 10 期 10 月
混凝土与水泥制品 CHINA CONCRETE AND CEMENT PRODUC
2012 No.10 October
硫铝酸盐水泥混凝土的抗硫酸盐侵蚀性能
李方元，唐新军，胡 全，阿里木江·苏拉依曼 （新疆农业大学水利与土木工程学院，乌鲁木齐 830052）
摘 要：通过制配水泥胶砂试件进行硫酸盐侵蚀试验，研究了水灰比、养护龄期、侵蚀溶液浓度、侵蚀龄期等对 硫铝 酸 盐 水泥 混 凝 土抗 硫 酸 盐侵 蚀 能 力 的 影 响 ；并 采 用 宏 观 观 测 和 扫 描 电 镜 （SEM）、能 谱 （EDS）微 观 观 测 方 法 ，分 析和揭示其抗硫酸盐侵蚀机理，并与高抗硫硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥的抗硫酸盐侵蚀性能进行了对比。结果表 明，硫铝酸盐水泥胶砂试件可以抵抗高浓度硫酸盐的侵蚀，且随着水灰比的降低、养护龄期的延长，其抗硫酸盐侵蚀 能力会进一步得到提高；硫铝酸盐水泥混凝土较高的抗硫酸盐侵蚀能力，主要取决于混凝土的高密实度和化学侵蚀 内因的减少。 侵蚀发生在开口孔隙内，侵蚀产物是团簇状钙矾石（AFt），硫铝酸盐水泥具有显著高于高抗硫水泥抗硫 酸盐侵蚀的能力。
的基础混凝土浇筑完成不久就遭受硫酸盐侵蚀的 工况，选取 8h 拆模后不 养护、水灰比 为 0.4 的硫铝 酸盐水泥胶砂试件， 与拆模后经 3d 标准养护的水 灰 比 为 0.4 的 高 抗 硫 水 泥 胶 砂 试 件 （简 称 HSR 试 件）和普通硅酸盐水泥胶砂试件（简称 P·O 试件）进 行硫酸盐侵蚀试验对比（配比见表 3）；另对侵蚀不 同龄期的 SAC 试件进行宏观观测和微观 SEM、EDS 观测分析。 各水泥试件浸泡 28d、60d、120d、180d 后 进行抗折强度试验，并计算抗蚀系数 K 蚀（当 K 蚀≤ 0.8 时 认 为 试 件 抗 蚀 不 合 格 ， 即 试 件 遭 受 侵 蚀 破 坏）：
关键词：硫酸盐侵蚀；硫铝酸盐水泥；抗蚀系数；抗侵蚀机理 Abstract: Considered the water-cement ratio, curing period, concentration of erosion solution and erosion age factors, the capability of resisting sulfate corrosion of sulphoaluminate cement concrete (SAC) is tested. To analyze and reveal the anti-erosion mechanism of SAC, the scanning electron microscope (SEM) and energy dispersion spectrum (EDS) method are used to observe the microscopic features of specimens. And to evaluate the anti-erosion capability, the experiment of resisting sulfate corrosion is also tested between high sulfate resistant Portland cement (HSR) and ordinary Portland cement (P·O). The results indicate that sulphoaluminate cement mortar specimens can resist the erosion of high concentration sulfate, and with the reduction of water -cement ratio and the curing period extension, its ability of sulfate erosion resistance will be further improved; the high sulfate resistance ability of sulphoaluminate cement concrete mainly depends on its high density and the chemical erosion reduced. It’s the ettringite (AFt) that occurs in the opening voids, and the capability of resisting sulfate corrosion of SAC is significantly higher than that of HSR. Key words: Sulfate corrosion; Sulphoaluminate cement; Resistance coefficient; Anti-erosion mechanism 中图分类号：TU528.33 文献标识码：A 文章编号：1000-4637（2012）10-01-06
%
熟料中矿物成分 烧失量 SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO SO3 Na2O K2O R2O
C3S C2S C3A C4AF
42.5 级高抗硫水泥
0.45 22.40 3.97 5.27 62.83 1.99 2.05 0.30 0.43 0.58 45.55 29.89 1.58 16.02