混凝土抗硫酸鹽侵蝕試驗(yàn)方法及評(píng)價(jià)指標(biāo)研究

1、混凝土抗硫酸鹽侵蝕試驗(yàn)方法及評(píng)價(jià)指標(biāo)研究        摘  要：本文評(píng)述了抗硫酸鹽侵蝕的中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)方法、外國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)方法以及國(guó)內(nèi)一些科研單位提出的抗硫酸鹽侵蝕的試驗(yàn)方法，分析了這些試驗(yàn)方法及評(píng)價(jià)指標(biāo)的合理性及存在的不足之處。結(jié)合正在修訂的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GBJ 8285普通混凝土長(zhǎng)期性能與耐久性試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)兩種新的混凝土抗硫酸鹽試驗(yàn)方法“全浸泡法”和“干濕循環(huán)法”做簡(jiǎn)單的介紹。 關(guān)鍵詞：硫酸鹽侵蝕；試驗(yàn)方法；評(píng)價(jià)指標(biāo) 1  前言研究混凝土抗硫酸鹽侵蝕必須制定一套合理可行的試驗(yàn)方法，在既定試驗(yàn)方法的基礎(chǔ)上還

2、必須指定某些評(píng)價(jià)指標(biāo)來衡量混凝土抗硫酸鹽侵蝕的性能。但是，我國(guó)至今還沒有統(tǒng)一的用于混凝土抗硫酸鹽侵蝕的試驗(yàn)方法及評(píng)價(jià)混凝土抗硫酸鹽侵蝕性能的指標(biāo)。因此，對(duì)于混凝土抗硫酸鹽侵蝕試驗(yàn)方法及評(píng)價(jià)指標(biāo)的研究意義重大。2  中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)侵蝕方法及評(píng)價(jià)指標(biāo)我國(guó)曾先后三次制定了用于水泥抗硫酸鹽侵蝕的試驗(yàn)方法的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)：GB 7491965、GBT 24201981和GBT 7492001，但是這些試驗(yàn)方法和評(píng)價(jià)指標(biāo)都還存在著一些缺點(diǎn)或不足。我國(guó)早期的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 74919651ll基本上是沿用前蘇聯(lián)1954年的H 11454，采用1：3.5膠砂，試件為10mm×l0mm×30

3、mm的長(zhǎng)方形試體。為保證試驗(yàn)結(jié)果的一致性，試件為加壓成型，濕氣中養(yǎng)護(hù)1d，淡水中養(yǎng)護(hù)14d，然后一部分試件仍然在淡水中養(yǎng)護(hù)，另一部分放人含有硫酸鹽的環(huán)境水或人工配制的硫酸鹽溶液中，養(yǎng)護(hù)至6個(gè)月。水泥的抗蝕性以腐蝕系數(shù)表示。腐蝕系數(shù)是同一齡期的水泥膠砂試件在侵蝕溶液中的抗折強(qiáng)度與在淡水中的抗折強(qiáng)度之比。評(píng)定準(zhǔn)則為：6個(gè)月時(shí)的腐蝕系數(shù)小于0.80時(shí)，則認(rèn)為該種水泥在該環(huán)境水或該濃度的硫酸鹽溶液中抗蝕性能較差。該方法的優(yōu)點(diǎn)是有明確的評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)，但是該方法需要成型的試件數(shù)量多，試驗(yàn)周期長(zhǎng)。同時(shí)，該方法沒有指明侵蝕溶液的濃度，沒有考慮在高 濃度和低 濃度時(shí)侵蝕機(jī)理的不同等問題。在GB 74965的基礎(chǔ)上又

4、發(fā)展了GBT 242019812的測(cè)試方法，采用1：2.5膠砂，10mm×l0mm×60mm棱柱形試體，壓力成型，1d養(yǎng)護(hù)箱養(yǎng)護(hù)，7d50E水中養(yǎng)護(hù)，28d常溫侵蝕，侵蝕溶液采用S瞵濃度為2的硫酸鈉溶液。還可根據(jù)需要，采用天然環(huán)境水，或變更硫酸鈉的濃度。以抗蝕系數(shù)表示抗蝕能力，抗蝕系數(shù)的定義同腐蝕系數(shù)。不論GBT 74965還是GBT 242081，均采用小尺寸水泥膠砂試件，都不能完全反映混凝土的抗硫酸鹽侵蝕能力。我國(guó)最新頒布的水泥抗硫酸鹽侵蝕試驗(yàn)方法GBT 74920013是以膨脹率作為評(píng)價(jià)水泥抵抗硫酸鹽侵蝕能力的指標(biāo)，該方法類似于ASTM的試驗(yàn)方法。3  外國(guó)

5、國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)侵蝕方法及評(píng)價(jià)指標(biāo)3.1  目前常用美國(guó)材料與測(cè)試協(xié)會(huì)的標(biāo)準(zhǔn)（ASTM）評(píng)價(jià)硫酸鹽侵蝕，有兩種測(cè)試方法：ASTM CA52955“暴露于硫酸鹽中波特蘭水泥砂漿的潛在膨脹性的測(cè)試方法”；ASTM C1012955“暴露于硫酸鹽溶液中的水硬性水泥砂漿的長(zhǎng)度變化的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)定方法”。ASTM C4521995是以測(cè)定水泥的潛在膨脹性來評(píng)價(jià)水泥抗硫酸鹽侵蝕性能的；水泥漿試件尺寸為25mm×25mm×285mm，至一定齡期用比長(zhǎng)儀測(cè)定浸泡在5硫酸鹽溶液中的試件長(zhǎng)度。         

6、;                （L-L1）-（L0-L01）                   膨脹率=-×100%           

7、60;                    L0式中   L試件浸到齡期的長(zhǎng)度，mm；L1參數(shù)對(duì)比的試件一定齡期的長(zhǎng)度，mm；L0試件原始長(zhǎng)度，mm. ASTM CA52，膠砂比采用1：2.75，試體尺寸為25mm×25mm×285mm，初期養(yǎng)護(hù)后測(cè)定初始長(zhǎng)度，并將所有試體浸入硫酸鹽溶液中，在各齡期測(cè)定長(zhǎng)度。在成型測(cè)長(zhǎng)砂漿棒的同時(shí)，還成型立方體試件，以檢測(cè)強(qiáng)度變化。

8、測(cè)試一種水泥所需的一套試件由6個(gè)砂漿棒和多達(dá)21個(gè)立方體組成。這兩種測(cè)試方法都考慮了Na2S04和MgS04兩種侵蝕溶液的影響，在ASTM CA52測(cè)試方法中，硫酸鹽是作為混合物加到砂漿中的，棱柱體存放于水中，這樣不能正確評(píng)價(jià)混合水泥和粉煤灰及礦渣與硅酸鹽水泥混合物的抗硫酸鹽侵蝕性能，而ASTM C1012是將試件浸在硫酸鹽溶液中，所以可以用來研究各種水泥的抗硫酸鹽侵蝕性能。然而ASTM CA52和ASTM C1012共同的不足之處是試件尺寸采用25mm×25mm×285mm，由于試件體積小，成型時(shí)的微小變化都可能對(duì)試驗(yàn)的結(jié)果產(chǎn)生顯著的影響，從而使試驗(yàn)結(jié)果的離散性很大。3.

9、2  在英國(guó)、日本等國(guó)對(duì)抗蝕性本身不做任何規(guī)定，只規(guī)定抗硫酸鹽水泥的品質(zhì)指標(biāo)，認(rèn)為達(dá)到該指標(biāo)的水泥均具有一定的抗硫酸鹽侵蝕性能。3.3  在德國(guó)，采用了氧擴(kuò)散法刮，試件的灰砂比為1：3，規(guī)格為10mm×40mm×l60mm.試件成型2d后脫模，放人20的Ca（OH）2飽和溶液中，在14d時(shí)再移人4.4的Na2S04溶液中，分別在5或20的溫度下養(yǎng)護(hù)。在各齡期連續(xù)測(cè)定試件的長(zhǎng)度變化、共振頻率和質(zhì)量變化，并計(jì)算試件的彈性模量。采用氧擴(kuò)散法測(cè)定經(jīng)20硫酸鹽溶液浸養(yǎng)試件的滲氣性并計(jì)算它們的有效擴(kuò)散系數(shù)。3.4  最后就是以前蘇聯(lián)、羅馬尼亞等國(guó)為代表，采

10、用水泥試件在侵蝕環(huán)境中一定齡期的強(qiáng)度與淡水中相同齡期強(qiáng)度的比值來評(píng)價(jià)抗蝕性。4   國(guó)內(nèi)科研單位提出的抗硫酸鹽侵蝕方法及評(píng)價(jià)指標(biāo)目前，國(guó)內(nèi)在研究混凝土受硫酸鹽等鹽類侵蝕時(shí)，各科研單位有提出過相應(yīng)的試驗(yàn)方法和評(píng)價(jià)指標(biāo)，但是這些方法都不同程度地效仿了上述國(guó)家的三類標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試方法，因此也具有一定的局限性。4.1  華南理工大學(xué)與廣東省水利廳的試驗(yàn)方法7采用砂漿試件，將40cm×40cm×l60cm的棱柱體試件在50水中養(yǎng)護(hù)7d后進(jìn)行侵蝕試驗(yàn)。于室溫下浸泡16h，一組浸泡在20水中，另兩組分別浸泡在0.3的Na2SO4和3的Na2SO4溶液中，于75烘7

11、h，冷卻1h，以此作為一個(gè)循環(huán)，共進(jìn)行28個(gè)循環(huán)，然后測(cè)試砂漿的抗折強(qiáng)度，并按下式計(jì)算其相對(duì)抗折強(qiáng)度K：K=砂漿在硫酸鈉溶液中循環(huán)后的抗折強(qiáng)度砂漿在自來水中相同循環(huán)后的抗折強(qiáng)度最后試驗(yàn)結(jié)果以K值的大小來相對(duì)的評(píng)價(jià)砂漿的抗侵蝕性能。 4.2  東南大學(xué)與南京長(zhǎng)江二橋建設(shè)指揮部的試驗(yàn)方法8采用混凝土試件，參考水泥抗硫酸鹽侵蝕標(biāo)準(zhǔn)GB 74965方法進(jìn)行，試件尺寸為l0cm×l0cm×10cm，成型后標(biāo)養(yǎng)28d，一組浸泡在3的Na2SO4溶液中，每?jī)蓚€(gè)月?lián)Q一次溶液，浸泡150d，另一組于水中養(yǎng)護(hù)。最后以混凝土的抗壓強(qiáng)度變化率來相對(duì)的比較混凝土的抗侵蝕的能力。4.3

12、60; 暨南大學(xué)與廣州大學(xué)的試驗(yàn)方法9采用混凝土試件，試件尺寸10cm×l0cm×l0cm，成型后標(biāo)養(yǎng)7d，將試件邊角易損部分小心清理干凈，放于5（NH4）2SO4和5Na2SO4溶液中，1d后，測(cè)體積為原始體積，28d后再測(cè)體積，其間不調(diào)整溶劑，不調(diào)整pH值，兩體積之差為混凝土體積的膨脹值，均采用排水法測(cè)體積。測(cè)完體積后分別再測(cè)混凝土的抗壓強(qiáng)度。最后以體積膨脹值和強(qiáng)度損失率來比較混凝土的抗侵蝕性能。4.4  西北院科研所的試驗(yàn)方法10采用砂漿試件，分為“快蝕法”和“慢蝕法”兩種方法。均將MgSO4和Na2SO4加入蒸餾水中配置成SO42 的含量分為7000mgL

13、、20250mgL和3000mgL的溶液：（1）“快蝕法”，根據(jù)“水泥抗硫酸鹽試驗(yàn)方法GB 242080"進(jìn)行，控制試件膠砂比為1：2.5，水灰比為0.50，試件尺寸10mm×l0mm×60mm，采用擠壓成型，24h脫模，將試件放在50水中養(yǎng)護(hù)7d，然后分別放入侵蝕液中浸泡28d，然后測(cè)抗折強(qiáng)度。K=浸泡在侵蝕液后的抗折強(qiáng)度自來水中浸泡相同齡期的抗折強(qiáng)度最后以“抗蝕系數(shù)”K的大小來評(píng)價(jià)各種材料的相對(duì)抗侵蝕性能。（2）“慢蝕法”，根據(jù)“水泥抗硫酸鹽試驗(yàn)方法GB 74965”進(jìn)行，此法控制膠砂比為1：3.5，水灰比為0.45，試件尺寸為10 mm×l0 mm

14、×30mm，采用擠壓成型立即脫模，先在相對(duì)濕度大于90的濕氣中養(yǎng)護(hù)1d，再放人淡水中養(yǎng)護(hù)14d，然后在侵蝕液中浸泡6個(gè)月。最后同樣用K來評(píng)價(jià)抗蝕能力，所不同的是，此法用K值小于0.8時(shí)就認(rèn)為該砂漿不耐蝕。該院還利用溶液SO42 的含量為2500mgL時(shí)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析出了“快蝕法”與“慢蝕法”間的規(guī)律:                       10.85(K-1)&

15、#160;       F6=0.796+0.052e         式中   F6  慢蝕系數(shù)；K快蝕系數(shù)。5  修訂中的混凝土抗硫酸鹽侵蝕試驗(yàn)方法正在修訂中的GBJ 8285普通混凝土長(zhǎng)期性能與耐久性試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)，混凝土抗硫酸鹽侵蝕是其中的重要一部分。該標(biāo)準(zhǔn)在修訂過程中提出將混凝土抗硫酸鹽侵蝕試驗(yàn)方法按混凝土的強(qiáng)度等級(jí)分為“全浸泡法”和“干濕循環(huán)法”兩類，強(qiáng)度等級(jí)在C30以下的普通混凝土擬采用“全浸泡法”，強(qiáng)度

16、等級(jí)在C30以上（含C30）的普通混凝土擬采用于濕循環(huán)法。這兩種方法最后能否采用尚不清楚，但是其獨(dú)到之處值得學(xué)習(xí)、借鑒，下面就兩種方法做簡(jiǎn)單介紹。5.1  全浸泡法該法成型100mm×l00mm×l00mm的混凝土試件，標(biāo)養(yǎng)28d將試件取出，然后移入5Na2SO4溶液中，侵蝕齡期從試件移人起開始計(jì)算。按試驗(yàn)設(shè)計(jì)齡期分別取出一組試件測(cè)定在侵蝕介質(zhì)中以及清水中相同齡期、相同配比的混凝土抗壓強(qiáng)度，求出抗腐蝕系數(shù)K值。該法與以往國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)方法主要的不同點(diǎn)是抗腐蝕系數(shù)不再沿用以往方法的抗折強(qiáng)度比。硫酸鹽侵蝕混凝土后會(huì)在混凝土內(nèi)部產(chǎn)生一定量的鈣礬石，這種礦物一般具有典型的發(fā)射形

17、針狀結(jié)構(gòu)且互相緊密搭接，這樣的結(jié)構(gòu)對(duì)于提高混凝土的抗折強(qiáng)度是很有利的，因此用抗折強(qiáng)度比來定義抗腐蝕系數(shù)容易造成混凝土抗蝕性能的假象。而用抗壓強(qiáng)度比來定義抗腐蝕系數(shù)顯然可以避免這方面的問題。5.2  干濕循環(huán)法該法的試驗(yàn)過程與國(guó)內(nèi)一些科研單位提出的相似，但具體的評(píng)價(jià)指標(biāo)方面變化較大。試件標(biāo)養(yǎng)28d進(jìn)行干濕循環(huán)試驗(yàn)。大致循環(huán)制度是：試件在適宜的侵蝕溶液中浸泡一段時(shí)間，然后放人一定溫度的烘箱中烘干一段時(shí)間，冷卻稱重以及測(cè)抗壓強(qiáng)度為一循環(huán)。固定每一循環(huán)的時(shí)間。每隔一定循環(huán)后稱一次質(zhì)量，并做一組抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，同時(shí)觀察經(jīng)過循環(huán)后混凝土表面的破損情況。該方法在評(píng)價(jià)指標(biāo)方面也未采用以往的抗折強(qiáng)度比，

18、而是提出兩個(gè)新評(píng)價(jià)指標(biāo)：“強(qiáng)度耐蝕系數(shù)”和“質(zhì)量耐蝕系數(shù)”?！皬?qiáng)度耐蝕系數(shù)”和“質(zhì)量耐蝕系數(shù)”的大致含義是在進(jìn)行了"次循環(huán)后混凝土的相對(duì)抗壓強(qiáng)度值（或相對(duì)質(zhì)量）與當(dāng)次循環(huán)次數(shù)占試驗(yàn)最大循環(huán)次數(shù)的百分?jǐn)?shù)的乘積。該方法還定義當(dāng)混凝土質(zhì)量耐蝕系數(shù)在95以上或強(qiáng)度耐蝕系數(shù)在75以上即認(rèn)為抗硫酸鹽侵蝕性能合格。6   結(jié)語(yǔ)GB 7491965、GBT 24201981、GBT 7492001三個(gè)版本的水泥抗硫酸鹽侵蝕試驗(yàn)方法及評(píng)價(jià)指標(biāo)本身就存在著不足，確切地說GB 7491965是用于評(píng)定水泥抗侵蝕性的標(biāo)準(zhǔn)，這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的優(yōu)點(diǎn)是與使用環(huán)境相似，工程意義明顯，其缺點(diǎn)是試驗(yàn)周期太長(zhǎng)；而GBT 24201981是用來比較水泥抗侵蝕性的標(biāo)準(zhǔn)，這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的優(yōu)點(diǎn)就是試驗(yàn)周期短，但是其有著重大的缺點(diǎn)，該標(biāo)準(zhǔn)只規(guī)定了試驗(yàn)方法等內(nèi)容，但是試驗(yàn)用試件尺寸偏小，且對(duì)試驗(yàn)結(jié)果未加任何說明。以至于試驗(yàn)所得的結(jié)果對(duì)水泥抗侵蝕性的評(píng)價(jià)無從談起。而國(guó)內(nèi)一些科研單位采用的試驗(yàn)方法都不同程度的派生于此，也具有局限性。以美國(guó)為代表的ASTM方法中，以膨脹性來衡量混凝土的抗侵蝕性，這與混凝土的實(shí)