低溫環境TSA侵蝕破壞論文

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編者按：本文主要從引言；試驗研究；試驗結果與討論；結論進行論述。其中，主要包括：硫酸鹽侵蝕是影響混凝土耐久性的重要因素之一、通過試驗來研究混凝土的抗硫酸鹽侵蝕性能、試驗材料、石灰石粉末為磨細后的石灰巖,其比表面積為400m/kg,砂為本地河砂、試驗方案、每天對溶液予以補充以保證恒定的溶液濃度、水灰比的影響、各試件外觀均無明顯的腐蝕破壞痕跡,表面光滑、致密、水灰比0.6的試件整個表面出現開裂、脫落、軟化現象,表現出典型的TSA破壞特征、3種砂漿強度不但沒有下降,反而還有所增長、短期的硫酸鹽侵蝕對試件的強度沒有產生破壞影響、石灰石摻量的影響、降低水灰比可使砂漿的空隙結構細化、石灰石粉的摻入可改善水泥砂漿的水化產物等，具體請詳見。

1.引言

硫酸鹽侵蝕是影響混凝土耐久性的重要因素之一。長期以來,鈣礬石(3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O)被認為是混凝土受到硫酸鹽侵蝕后造成混凝土結構破壞的主要產物。本文以自制的水泥砂漿試件為研究對象,從環境因素和材料組成兩方面研究了低溫環境下水泥基材料tsa侵蝕破壞的影響因素,從而為研制抗TSA侵蝕的混凝土材料及解決、防治建筑物的TSA侵蝕危害提供有價值的參考信息。

2.試驗研究

本試驗原材料來源于沈陽本地,通過試驗來研究混凝土的抗硫酸鹽侵蝕性能,并通過其在硫酸鹽侵蝕條件下外觀、強度及礦物成分的變化,提供混凝土抗TSA型硫酸鹽腐蝕性能定性鑒定方法的理論數據。

2.1試驗材料

試驗所用材料為:祁連山牌42.5級的普通硅酸鹽水泥;石灰石粉末為磨細后的石灰巖,其比表面積為400m/kg,砂為本地河砂,細度模數為Mx=2.6,屬中砂,表觀密度為2650kg/m;侵蝕溶液為采用化學純的無水硫酸鈉配制硫酸鈉侵蝕溶液。

2.2試驗方案

試驗所用試件尺寸為40mm×40mm×160mm,將制備好的砂漿試件1d后脫模,置于水中養護28d后,將水泥砂漿試件A-0,A-1,A-2,A-3,A-4置于5℃、5%的硫酸鈉溶液中浸泡,試件B-1,B-2,B-3置于溫度為5℃,濃度分別1%,3%,5%的硫酸鈉溶液中浸泡,每天對溶液予以補充以保證恒定的溶液濃度,每周更換一次溶液以避免發生碳化反應,定期測定硫酸鹽侵蝕后的砂漿試件的抗壓、抗折強度,利用XRD等微觀手段分析腐蝕礦物成分。試驗配合比詳見表2-2。

3試驗結果與討論

3.1水灰比的影響

水灰比分別為0.4,0.5,0.6的水泥砂漿試件A-1,A-2,A-3經于5℃、5%的硫酸鈉溶液中浸泡后,從表觀上看,在開始的120d內,各試件外觀均無明顯的腐蝕破壞痕跡,表面光滑、致密。到240d時,各試件均出現了一定程度的破壞跡象,到360d時,水灰比0.4的試件的棱角處沒有明顯的開裂、剝落,只有部分表面出現小的腐蝕斑點;水灰比0.5的試件部分棱角脫落、開裂,表面出現了較多的腐蝕坑、起皮現象,但沒有大面積的表面漿化現象;水灰比0.6的試件整個表面出現開裂、脫落、軟化現象,表現出典型的TSA破壞特征。對A-1,A-3試件取樣做XRD圖譜分析,結果表明,試樣A-3中的衍射峰表現出了與石膏和碳硫硅鈣石極為相似的特征峰(石膏的特征峰為:7.56,4.27,3.06)非常接近,進而可初步判斷出試件A-3在經硫酸鹽侵蝕后生成了大量的碳硫硅鈣石致使試件內部水化硅酸鈣解體而出現軟化、掉皮等現象,而從XRD圖譜物相組成來看,試樣A-1則主要為鈣礬石和石膏晶體,還有少量的碳硫硅鈣石。

從試驗的的強度變化曲線可知在開始浸泡的120d之前,3種砂漿強度不但沒有下降,反而還有所增長,說明短期的硫酸鹽侵蝕對試件的強度沒有產生破壞影響,但隨著時間的延長,各砂漿強度開始降低且很明顯,到360d時,水灰比為0.4,0.5,0.6砂漿的抗折強度分別損失了3.1%,7.8%和48.2%;抗壓強度分別損失了14.5%,22%和77.1%。由此可見,水灰比越高,在低溫的硫酸鹽侵蝕環境下砂漿越有利于發生和發展TSA,且強度變化均呈現出先增加后降低這一趨勢。

3.2石灰石摻量的影響

砂漿的強度變化曲線中顯示,在浸泡到120d以前,各砂漿試件的抗折強度不但沒有降低都有所提高,到了240d時摻有石灰石粉的砂漿A-3與A-4的抗折強度損失率都明顯低于A-0,這主要是由于早期硫酸鹽侵入內部生成的鈣礬石和石膏晶體填充了砂漿件表面孔隙,提高了結構的密實度,并侵蝕破壞沒有對試件中間沒有產生明顯的破壞,因此抗折強度沒有降低,這與外觀破壞程度相吻合,由此可見石灰石粉的加入在短期內可提高砂漿的抗侵蝕性,這也與目前的許多研究結果相一致。但是隨著時間的延長,強度損失率差距明顯,到了360d時A-0,A-4,A-3砂漿試件的抗折強度損失分別為23.2%,26.1%,49%;抗壓強度損失分別為58.6%,59.1%,72.9%。由此可見摻入少量的石灰石粉是有可能對抵抗長期硫酸鹽侵蝕起到有利作用的,但是摻入的量較多時則會加速TSA的侵蝕破壞,強度損失加劇。

4.結論

(1)降低水灰比可使砂漿的空隙結構細化,提高密實度,強度損失減小,并在一定程度上減緩了TSA侵蝕破壞的過程,使砂漿的抗硫酸鹽侵蝕能力提高。

(2)石灰石粉的摻入可改善水泥砂漿的水化產物,優化其空隙結構,因此少量石灰石粉的摻入有利于提高水泥砂漿初始強度與短期抗TSA侵蝕性能,但摻入的量較多時則會加速其TSA侵蝕破壞的過程。

(3)在同等溫濕環境下,隨著侵蝕溶液濃度的提高對水泥砂漿的侵蝕作用增強,致使砂漿強度損失加大,加速了TSA侵蝕破壞的發生與發展。

(4)根據材料宏觀性能演變過程,將TSA侵蝕分為三個階段:誘導期,衰減退化期,軟化解體期。而在TSA侵蝕環境下水泥基材料的宏觀性能通常表現為先增強、后降低的變化規律。

【參考文獻】

[1]李金玉等.高濃度和應力狀態下混凝土硫酸鹽侵蝕性的研究,重點工程混凝土耐久性的研究與工程應用,中國建材工業出版社,2001.

[2]楊建森,張祖綿,楊維武.石灰石硅酸鹽水泥性能研究[J].寧夏工學院學報,1996,8(2):24-30.責任編輯:王利強