硫酸盐镁盐复合侵蚀后混凝土的微观形貌特征

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吴福飞，侍克斌，董双快，等．硫酸盐镁盐复合侵蚀后混凝土的微观形貌特征［Ｊ］．农业工程学报，２０１５，３１（９）：
１４０— １４６．
ＷｕＦｕｊｉ，ＳｈｉＫｅｂｉｎ，ＤｏｎｇＳｈｕａｎｇｋｕａｉ，ｅｔａ１．Ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｃｏｎｃｒｅｔｅａｆｔｅｒｅｒｏｓｉｏｎｏｆｍａｇｎｅｓｉｕｍｓａｌｔｓａｎｄ
ｄｏｉ：１０．１１９７５￣．ｉｓｓｎ．１００２ — ６８１９．２０１５．０９．０２２中图分类号：ＴＵ５２８．４４；Ｐ５７８．７；ＴＱ４６２￣．２６
文献标志码：Ａ
文章编号；１００２ — ６８１９（２０１５）一０９ — ０１４０ — ０７
Ｖｌ０ｌ－３１ＮＯ．９Ｍａｙ２０１５
硫酸盐镁盐复合侵蚀后混凝土的微观形貌特征
吴福飞，侍克斌，董双快２，慈军，陈亮亮，刘思海，张凯
（１．新疆农业大学水利与土木工程学院，乌鲁木齐８３００５２；２．新疆农业大学草业与环境科学学院，乌鲁木齐８３００５２）摘要：混凝土结构通常受土壤环境水中硫酸盐和镁盐溶液的侵蚀。为了探究硫酸盐和镁盐复合溶液侵蚀后纯水泥混凝土和掺矿粉微粉高性能混凝土的抗侵蚀性能，该研究设计了３个水胶比和２个矿粉掺量，经加水拌合、成型试件１０５０个，
第３１卷第９期１４０２０１５年５月
农业工程学报
ＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｆｔｈｅＣｈｉｎｅｓｅＳｏｃｉｅｔｙｏｆＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌＥｎｇｉｎｅｅｉｒｎｇ
０引言
养护２８ｄ后将其分别浸泡于硫酸盐和镁盐溶液中，侵蚀至规定龄期后测试其抗蚀系数、微观形貌。结果表明：水胶比为０．５０时，混凝土界面中的孔隙多、孔径大，最大孔径为３７２．５ｐｍ，即使水胶比降低到０．３５时，其孔结构的改善也不明显。当纯水泥混凝土试件在ＳＯ４２５００ｍｇ／Ｌ和Ｍｇ２１４００ｍｇ／Ｌ的硫酸盐镁盐中侵蚀４个月后，其孔隙中充满了ＣａＳＯ４－２Ｈ２Ｏ、３ＣａＯ・Ａ１２Ｏ３＂３ＣａＳＯ４・３２Ｈ２Ｏ（ＡＦｔ）、Ｍｇ（ＯＨ）２和ＭｇＯ・Ｓｉ０２＂Ｈ２Ｏ等侵蚀产物，致使混凝土内部产生裂缝，边角处开始出现剥落，甚至变得酥松，表面浆体脱落严重，粗细集料分离等现象。当侵蚀时间超过２月时，其侵蚀系数随侵蚀龄期的延长
呈降低的趋势，且均在０．８５以下，说明３２．５级普通硅酸盐水泥抗硫酸盐镁盐侵蚀的能力是有限的。矿渣微粉掺入后，混凝土界面的孔隙不仅极少，而且孔径也较小，最大孔径分别约为水胶比为０．５０时的１／７和１／８，同时也减少了易被侵蚀的水化产物Ｃａ（ＯＨ）２的含量，使混凝土界面结构密实程度增加，水胶比越低越明显。在高浓度的硫酸盐和镁盐（ＳＯ４。２０２５０ｍｇ／Ｌ和Ｍｇ２＋２８００ｍｇ／Ｌ）的双重强侵蚀１２个月后，试件边缘仍未发现侵蚀产物以及ＭｇＳＯ４＇７Ｈ２Ｏ、Ｎａ２ｓ０４・１０Ｈ２Ｏ和Ｍｇ２（ＯＨ）３Ｃ１・４Ｈ２Ｏ等晶体，其抗蚀系数仍在０．８５以上，未有降低的趋势，表明矿渣微粉的掺入能显著改善３２．５级普通硅酸盐水泥所配制高性能混凝土的抗侵蚀性能。该研究可为混凝土在农业灌溉工程（坝基础、闸基础和渠道等）和大棚混凝土基础工程的使用提供数据支撑与理论基础。关键词：硫酸盐；镁盐；混凝［Ｊ］．ＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｆｔｈｅＣｈｉｎｅｓｅＳｏｃｉｅｙｔｏｆＡｇｒｉｃｕｌｕｒｔａｌＥｎｇｉｎｅｅｉｒｎｇ（ＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｆｈｅｔＣＳＡＥ），２０１５，３１（９）：１４０ —１４６．（ｉｎＣｈｉｎｅｓｅｗｉｔｈＥｎｇｌｉｓｈａｂｓｔｒａｃｔ）

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

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