干湿循环作用下混凝土硫酸盐侵蚀劣化机理试验研究_高润东

第43卷第2期2010年2月土　木　工　程　学　报C H I N AC I V I LE N G I N E E R I N G J O U R N A LV o l .43F e b . N o .22010基金项目:国家自然科学基金(90715041)及河南省杰出青年科学基金(0412*******)作者简介:高润东,博士研究生收稿日期:2008-08-19干湿循环作用下混凝土硫酸盐侵蚀劣化机理试验研究高润东1　赵顺波2　李庆斌1　陈记豪2(1.清华大学水沙科学与水利水电工程国家重点实验室,北京100084;2.华北水利水电学院,河南郑州450011)摘要:通过微观和宏观观测综合研究不同配比混凝土在干湿循环作用下受硫酸盐侵蚀的劣化规律,设计4个W/C :0.57、0.44、0.35、0.28,对应从普通强度到高强混凝土。

微观观测包括用热分析方法进行侵蚀产物分析和用改进硫酸钡重量法(化学滴定法)测量由表及里不同深度处硫酸根含量,宏观观测主要包括抗压强度、劈裂抗拉强度等基本力学性能。

试验结果表明:干湿循环作用下,湿状态下混凝土受到钙矾石、石膏等膨胀性侵蚀产物的作用,干状态下又叠加由蒸发作用引起的盐结晶压力的损伤;与普通强度混凝土相比,高强混凝土的W/C 小并掺有适量的减水剂,孔隙结构得到优化,使得湿状态下硫酸根传输受阻,干状态下结晶条件遭到一定程度破坏,导致混凝土受侵层厚度明显降低,表现为宏观上的强度劣化程度较轻,表明高强混凝土具有较强的抵抗硫酸盐侵蚀能力。

关键词:混凝土;硫酸盐;干湿循环;侵蚀产物;结晶压力;硫酸根含量;强度劣化中图分类号:T U 528.33 文献标识码:A 文章编号:1000-131X(2010)02-0048-07E x p e r i m e n t a l s t u d y o f t h e d e t e r i o r a t i o nm e c h a n i s m o f c o n c r e t e u n d e r s u l f a t e a t t a c k i nw e t -d r y c y c l e sG a o R u n d o n g 1　Z h a o S h u n b o 2　L i Q i n g b i n 1　C h e n J i h a o2(1.S t a t e K e y L a b o r a t o r y o f H y d r o s c i e n c e a n d E n g i n e e r i n g ,T s i n g h u a U n i v e r s i t y ,B e i j i n g 100084,C h i n a ;2.N o r t h C h i n a U n i v e r s i t y o f W a t e r C o n s e r v a n c y a n d E l e c t r i c P o w e r ,Z h e n g z h o u 450011,C h i n a )A b s t r a c t :T h e d e t e r i o r a t i o nm e c h a n i s m so fd i f f e r e n tm i xc o n c r e t e su n d e rs u l f a t e a t t a c k i n w e t -d r yc y c l e sw e r ei n v e s t i g a t e d t h r o u g h m i c r o -a n d m a c r o -o b s e r v a t i o n s .F o u r W/Cr a t i o s ,0.57,0.44,0.35a n d 0.28,w e r e e m p l o y e d ,c o r r e s p o n d i n g t o o r d i n a r y t o h i g h s t r e n g t h c o n c r e t e .M i c r o -o b s e r v a t i o n s i n c l u d e d a n a l y s i s o f t h e p r o d u c t s u s i n g t h e r m a l a n a l y s i s a n d d e t e r m i n a t i o no f t h es u l f a t e -i o nc o n t e n t p r o f i l eu s i n gt h em o d i f i e d b a r i u m s u l f a t eg r a v i m e t r i cm e t h o d (c h e m i c a l t i t r a t i o n m e t h o d ).M a c r o -o b s e r v a t i o n s m a i n l y i n c l u d e d t h e m e c h a n i c a l b e h a v i o r s s u c h a s c o m p r e s s i v e s t r e n g t h a n d s p l i t t i n g s t r e n g t h .T e s t r e s u l t s i n d i c a t e d t h a t i n w e t -d r y c y c l e s ,t h e c o n c r e t e w a s a t t a c k e d b y e x p a n s i v e p r o d u c t s s u c h a s e t t r i n g i t e a n d g y p s u md u r i n g t h e w e t t i n g c y c l e ,a n d s a l t c r y s t a l l i z a t i o n d a m a g e ,i n d u c e d b y e v a p o r a t i o n ,i s s u p e r p o s e d d u r i n g t h e d r y i n g c y c l e .C o m p a r i n g w i t h o r d i n a r y s t r e n g t h c o n c r e t e ,t h e W/Cr a t i o f o r h i g h s t r e n g t h c o n c r e t e i s s m a l l ,a n dp r o p e r a m o u n t o f w a t e r r e d u c i n g a d m i x t u r e i s a d d e d t o r e f i n e t h e p o r e s t r u c t u r e a n d t h u s b l o c k t h e t r a n s p o r t o f s u l f a t e i o n s d u r i n g t h e w e t t i n g c y c l e a n d r e d u c e c r y s t a l l i z a t i o n d u r i n g t h e d r y i n g c y c l e ,s o t h a t t h e t h i c k n e s s o f l a y e r u n d e r t h e a t t a c k i s d e c r e a s e d s i g n i f i c a n t l y ,a n d a s a r e s u l t ,t h e d e g r a d a t i o n o f m a c r o -s t r e n g t h i s e f f e c t i v e l y r e d u c e d .A l l o f t h e s e i n d i c a t e d t h a t h i g h s t r e n g t h c o n c r e t e c a n b e t t e r r e s i s t s u l f a t e a t t a c k .K e y w o r d s :c o n c r e t e ;s u l f a t e ;w e t -d r y c y c l e s ;a t t a c k p r o d u c t ;c r y s t a l l i z a t i o n p r e s s u r e ;s u l f a t e -i o n c o n t e n t ;s t r e n g t h d e g r a d a t i o n E -m a i l :g r d 06@m a i l s .t s i n g h u a .e d u .c n引 言硫酸盐侵蚀是混凝土耐久性研究的重要内容,其侵蚀劣化涉及到侵蚀离子在混凝土孔隙系统中的传输、侵蚀离子与水泥水化产物的化学反应或侵蚀物质的结晶析出、膨胀性侵蚀产物对混凝土结构造成破坏DOI :10.15951/j .t m gcxb .2010.02.018　第43卷　第2期高润东等·干湿循环作用下混凝土硫酸盐侵蚀劣化机理试验研究·49　·(表现为膨胀、开裂、剥落以及强度损失)三个相互联系的过程,是一个十分复杂的物理化学力学变化过程。

混凝土抗硫酸盐侵蚀性能研究混凝土是一种广泛应用于建筑工程中的材料，其性能的优劣直接关系到建筑物的使用寿命和安全性。

然而，在一些特殊的环境条件下，比如工业污染较为严重的地区，混凝土往往会受到硫酸盐的侵蚀，导致其性能下降甚至损坏。

因此，研究混凝土的抗硫酸盐侵蚀性能对于提高建筑物的耐久性非常重要。

本文将重点介绍混凝土抗硫酸盐侵蚀性能的研究进展。

一、硫酸盐侵蚀对混凝土的影响硫酸盐是一种常见的化学物质，其在一些工业生产过程和废水中都会存在。

当硫酸盐溶液与混凝土接触时，会引起以下几个方面的影响：1. 钙石膏的生成：硫酸盐与混凝土中的水合硅酸钙反应，形成水合硫酸钙或硫酸钡。

这些产物不仅占据了混凝土孔隙空间，还会破坏混凝土的内部结构，导致强度下降。

2. pH 值的变化：硫酸盐溶液具有较低的 pH 值，与混凝土中的碱性成分发生反应，会导致混凝土碱性减弱，进而降低其抗侵蚀性能。

3. 离子迁移：硫酸盐溶液中的离子会通过水分的迁移，进入混凝土内部。

这些离子的迁移和沉积会引起混凝土的体积膨胀和溶胀，加速混凝土的破坏。

二、提高混凝土抗硫酸盐侵蚀性能的方法为了提高混凝土的抗硫酸盐侵蚀性能，许多研究者提出了多种方法和措施。

以下是其中几种常见的方法：1. 添加防蚀剂：通过在混凝土中添加一定比例的防蚀剂，可以减缓硫酸盐对混凝土的侵蚀速度。

防蚀剂可以形成一层保护膜，隔绝硫酸盐的侵入，同时提高混凝土的密实性。

2. 控制混凝土配合比：合理的混凝土配合比可以提高其抗硫酸盐侵蚀性能。

例如，减少水灰比、增加水泥用量等措施可以提高混凝土的致密性和强度，从而增强其抵抗硫酸盐侵蚀的能力。

3. 使用防蚀背衬材料：在混凝土结构的内侧使用防蚀背衬材料，如塑料薄膜或防蚀涂层等，可以有效防止硫酸盐侵蚀。

4. 表面防水处理：在混凝土表面进行防水处理，如使用防水涂料或防水剂等，可以降低硫酸盐的侵蚀速度，延缓混凝土的破坏。

三、混凝土抗硫酸盐侵蚀性能的评价方法评价混凝土抗硫酸盐侵蚀性能的方法有很多，常见的包括：1. 质量损失法：根据硫酸盐侵蚀前后混凝土质量的变化，计算质量损失比例。

混凝土抗硫酸盐侵蚀研究作者摘要：本文介绍了混凝土硫酸盐侵蚀破坏的机理和分类以及混凝土硫酸盐侵蚀的影响因素。

主要综合说明了5种判断硫酸盐侵蚀混凝土的检验方法：快速法；膨胀法；干湿循环法I;干湿循环法II;氯离子渗透试验。

提出了4种改善方法：合理选择水泥及掺合料品种；提高混凝土密实性；采用高压蒸汽养护；增设必要的保护层。

Summary：This paper introduces the mechanism and classification of erosion of concrete sulfate and influence factors of concrete sulfate attack.5 methods for the inspection of sulfate attack concrete are described:Express method;Plavini;dry wet cycling method I;Dry wet cycling method II;Chloride ion penetration test.4 improvement methods are proposed:Reasonable selection of varieties of cement and admixture;Improve the density of concrete;High pressure steam curing;Add the necessary protective layer.关键词：硫酸盐侵蚀混凝土改善方法影响因素Key word： Sulfate attack Concrete Improvement method Influential factors一、研究背景自混凝土产生以来，就以其原材料来源广泛、强度高、可塑性好、成本低等优点被普遍应用在房建工程、桥梁工程、还有水利及其它工程中，随着社会的发展和科学技术的进步，环境污染也成为了人类面临的一大重要问题，在空气和水中都产生了大量的腐蚀性的物质，给混凝土结构的使用寿命带来了严峻的考验。

混凝土抗硫酸盐侵蚀试验研究的开题报告
一、研究背景
随着工业化的不断推进，大量的污染物以及酸性物质排放到空气中，这些物质可能会通过降水和土壤渗透等方式降落到地面，导致土壤和水环境的酸化。

当这些酸性
物质与混凝土接触时，会导致混凝土结构的侵蚀和腐蚀，从而影响建筑物的稳定性和
使用寿命。

因此，对混凝土的抗硫酸盐侵蚀性能进行研究，可以指导工程设计和建设，提高建筑结构的耐久性和安全性。

二、研究内容
本研究将从以下几个方面着手：
1.收集相关资料，归纳总结国内外相关研究的发展现状和研究成果，以全面理解混凝土抗硫酸盐侵蚀的机理和影响因素；
2.设计和制备不同配比的混凝土试件，包括掺加不同种类和不同掺量的掺合料、添加剂等，以研究这些因素对混凝土抗硫酸盐侵蚀性能的影响；
3.通过浸泡试验和化学分析等方法，对不同试件在不同浸泡时间内的硫酸盐浸泡淋溶率和混凝土基材的化学性质进行分析和比较；
4.分析试验结果，建立混凝土抗硫酸盐侵蚀的数学模型，探讨混凝土配合比的优化方案。

三、研究意义
本研究将探究混凝土抗硫酸盐侵蚀的机理和影响因素，寻找较为理想的掺合料和配合比方案，提高混凝土抗硫酸盐侵蚀性能，延长混凝土结构的使用寿命。

同时，本
研究可以为工程设计和施工提供指导，尽可能地避免因硫酸盐侵蚀导致的工程质量问
题和安全事故。

硫酸盐侵蚀环境下冻融循环和干湿循环混凝土劣化规律研究张标富
【期刊名称】《安徽建筑》
【年(卷),期】2024(31)1
【摘要】混凝土的劣化过程受到硫酸盐与循环冻融环境和干湿循环条件相互耦合、共同作用的研究相对较少。

为解决复合侵蚀环境下混凝土的劣化问题,文章尝试通
过室内试验的手段,制作混凝土试块,分析混凝土的劣化过程受硫酸盐与循环冻融环
境和干湿循环条件相互耦合、共同作用的演变规律。

结果表明,随着干湿循环次数
的加大,不同水胶比、不同质量浓度Na2SO4溶液侵蚀下混凝土质量损失整体上均呈指数增加的趋势。

而混凝土相对动弹模量的变化趋势则相反,整体表现为不断减
小的规律,水胶比与混凝土的相对动弹模量之间具有负相关关系。

随着冻融循环次
数的不断加大,所有溶液中混凝土的质量损失率曲线均有相同的规律,均表现为非线性增加,所有溶液中的混凝土损失值均随冻融循环次数呈现近线性增加。

【总页数】3页(P69-70)
【作者】张标富
【作者单位】福建省建筑科学研究院有限责任公司;福建省绿色建筑技术重点实验
室
【正文语种】中文
【中图分类】TU528
【相关文献】
1.干湿交替环境下混凝土受硫酸盐侵蚀劣化机理
2.弯曲荷载对再生混凝土在硫酸盐侵蚀和干湿循环下劣化进程的影响（英文）
3.混凝土在干湿循环与硫酸盐侵蚀作用下的劣化机理分析
4.硫酸盐侵蚀与干湿循环耦合作用下混凝土劣化行为的研究
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硫酸盐侵蚀环境因素对混凝土性能影响的研究摘要：研究了硫酸钠和硫酸镁对混凝土结构的腐蚀机理，并通过混凝土试件在不同浓度的硫酸钠溶液中完全浸泡和干湿循环两种模式进行试验，研究其对混凝土试件抗折强度的影响。

关键词：硫酸钠；硫酸镁；混凝土；腐蚀；抗折强度以往的资料和调查表明，一些道路、桥梁、建筑物、地下管道等，仅使用几年就遭到严重的腐蚀破坏，不得不进行工程修复，严重影响混凝土的耐久性，造成巨大的经济损失，而这些很多都是由于工程地处盐渍土地区，其土质含盐量较高，其中大多以硫酸盐为主，硫酸盐侵蚀是一个非常复杂的过程，对混凝土具有非常大的危害，因此，研究抗腐蚀混凝土的耐久性问题，具有非常重要的现实意义和深远的社会影响。

硫酸盐对混凝土结构的腐蚀机理硫酸盐侵蚀引起的危害包括混凝土的整体开裂和膨胀以及水泥浆体的软化和分解，是一个比较复杂的过程，主要是通过物理、化学作用破坏水泥水化产物，使混凝土分化、脱落和丧失强度。

硫酸盐侵蚀是指硫酸盐如硫酸钠、硫酸钙、硫酸镁等物质，当这些物质侵入水泥混凝土内部时，会与水泥中的氢氧化钙和水化铝酸钙发生化学反应，同时由于氢氧化钙浓度降低，进而引起水化矿物的分解，产生石膏和硫铝酸钙，产生体积膨胀，使混凝土瓦解。

1.1硫酸钠对混凝土的侵蚀机理硫酸钠侵蚀首先是NaSO4与水泥水化产物Ca(OH)2的反应，生成的石膏（CaSO4·2H20），再与单硫型硫铝酸钙和含铝的胶体反应生成次生的钙矾石，由于钙矾石具有膨胀性，所以钙矾石膨胀破坏的特点是混凝土试件表面出现少数较粗大的裂缝。

化学反应式如下：Ca(OH)2+NaSO4·10H20→CaSO4·2H20+2NaOH+8H2O2(3CaO·Al2O3·12H2O)+3(Na2SO4·10H2O)→3CaO·Al2O3·3Ca SO4·32H2O+2Al(OH)3+6NaOH+16H2O硫酸钙只能与水化铝酸钙反应，生成硫铝酸钙。

硫酸盐侵蚀下的混凝土劣化损伤研究硫酸盐侵蚀是混凝土结构中的一种常见损伤类型，在常见的损伤类型中位居第一位。

从统计上对混凝土损伤的分析表明，硫酸盐侵蚀而引起的损伤是混凝土结构损伤的主要原因。

随着城市建设和室内装饰的发展，企业对混凝土材料的检测及时性要求也在不断提高，因此，研究硫酸盐侵蚀下混凝土劣化损伤及其机理对于确保混凝土结构的安全性和寿命也具有重要意义。

硫酸盐侵蚀的机理1.硫酸盐的原理：硫酸盐的侵蚀作用指的是，当硫酸盐在某种颗粒被溶解后，通过渗透过混凝土及砂浆结构中所含水之间的个结合，从而建立或扩大进入混凝土材料内部的间隙，导致混凝土毛细管的破坏。

2.易溶有机物的原理：易溶有机物（例如煤油、汽油和石油）也会影响混凝土材料的性能。

当这些易溶有机物分解成氧化产物时，它们会与水形成溶液，渗入混凝土中，并阻止水的吸收，从而导致混凝土毛细管的破坏。

3.胶结物的原理：混凝土是由砂、水和胶结物混合而成的材料，在混凝土结构中，胶结物具有重要的附着作用，当胶结物被外界影响而变质时，其附着力也会急剧下降，从而导致混凝土结构的劣化。

混凝土的劣化损伤1.表面混凝土开裂：硫酸盐侵蚀导致的混凝土表面开裂称为“叶状开裂”，其特征是表面出现不定规律的大小不等的网状开裂。

当叶状开裂出现时，表面的抗剪强度会相应降低，从而严重影响混凝土结构的机械性能。

2.混凝土毛细管破坏：在混凝土结构中，胶结物是将水、砂和胶结物粘合在一起的重要因素。

当硫酸盐溶于混凝土结构内部水分时，混凝土毛细管就会因此受损，从而使混凝土结构整体强度大大降低，造成劣化。

3.外部损伤：当硫酸盐渗入混凝土中时，它会形成产物，如碳酸钙、碳酸铝等，因此，它会在混凝土表面形成水泥结块以及黑色斑点，使混凝土表面变色，从而破坏其美观度。

分析与防治措施1.混凝土表面的检测：应选择专业的检测机构来检测混凝土表面的强度、硬度、表面结构及其他相关特性。

如果有发现混凝土表面损坏，应及时进行修复，并进行必要的防腐处理来防止混凝土表面的劣化损伤。