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盐类侵蚀环境下混凝土耐久性研究综述

更新时间:2009-03-28

1 盐类侵蚀机理

混凝土的盐类侵蚀,主要包括两个方面,一是水泥本身具有易被腐蚀的组分,二是水泥本身不致密,侵蚀介质容易进入内部。水泥水化产物氢氧化钙CH与硫酸根反应生成硫酸钙,硫酸钙又与水泥石中的水化铝酸钙C3A反应生成水化硫铝酸钙针状晶体,即钙矾石。使得水泥石结构被破坏,内部初始微裂缝被迫扩展,一边通过增加接触面积加速该过程的进行,一边导致力学性能的下降和最终结构的失效。或者在硫酸根浓度过高时,直接生产的二水石膏结晶破坏水泥石内部结构,带来同样的破坏效果。目前国内研究主要包括对溶蚀过程影响因素的探讨和该过程中混凝土各项力学性能退化规律的研究。

2 混凝土渗透溶蚀影响因素

肖海英[1]研究了侵泡方式对混凝土腐蚀性的影响,结果表明不同浸泡方式混凝土的弯曲抗蚀系数对腐蚀性液体的敏感次序为:立式半浸>水平半浸>水平全浸。且在该试验条件下,距离液面20mm以上的混凝土受到的盐结晶膨胀破坏低于盐的化学腐蚀作用。杨礼明[2]针对化学腐蚀、盐结晶腐蚀和应力腐蚀及其耦合作用对高性能混凝土的耐久性影响展开了研究,运用SEM电镜扫描、XRD-X射线衍射分析混凝土在腐蚀环境下的表面剥蚀和损伤失效特点、损伤机理,建立了混凝土损伤演化方程和裂纹密度模型,表明在应力腐蚀作用下,化学腐蚀与盐结晶腐蚀的过程都会加剧。李金玉[3]利用自制的加荷架研究了不同应力等级下的混凝土硫酸盐侵蚀性,并观察不同应力状态、不同硫酸根离子浓度对混凝土抗硫酸盐侵蚀规律的影响。得出:荷载对混凝土侵蚀具有明显的加速作用,并且随荷载的增加,破坏加速作用呈递增趋势。

徐文雨[4]研究了水泥品种、水灰比、粉煤灰、硅粉盒外加剂等因素对水泥石抗溶蚀性能的影响,及水泥石中氧化钙溶出量对水泥石孔结构、围观结构和化学组成的影响,结果表明:水灰比越大,水泥石密实性越差,抗溶蚀性能越差;同等条件下,矿渣硅酸盐水泥抗溶蚀性能高于普通硅酸盐水泥,浆体结构更密实。混合材,尤其是硅粉的掺入,不但改善了混凝土的孔结构,提高抗渗性,还改变了水泥水化产物的组成,提高了混凝土的抗溶蚀性能。方祥位[5]也针对水灰比、胶砂比、试件尺寸、预养方式和溶液浓度、温度对混凝土硫酸盐侵蚀速度的影响进行了试验研究,其中,关于水灰比和胶砂比的研究结论与徐文雨研究类似,在其他方面则得到:试件比表面积越大,养护温度越高、养护时间越短,侵蚀速度越快。溶液浓度和温度小于一定值时,侵蚀速度随温度及浓度的提高而加快;但超过一定值时,侵蚀速度反而随二者升高而降低。硫酸钠侵蚀速度比硫酸镁快,且对于硫酸钠采用抗折抗蚀系数合理,但硫酸镁则需综合考虑抗折抗蚀系数和抗压抗蚀系数。

姜磊[6]则将研究领域扩展到了混凝土在硫酸盐+干湿循环、硫酸盐+冻融循环作用下的耐久性问题的范畴,总结得出了硫酸盐与干湿循环、硫酸盐与冻融循环下的混凝土损伤劣化规律;建立了混凝土抗压强度衰减模型与单轴受压本构模型;建立了硫酸盐侵蚀环境下混凝土的损伤破坏准则。在微观结构变化层面,两种情况下混凝土的微观变化均表现出孔隙、微裂缝及界面区内侵蚀产物钙矾石晶体的膨胀破坏。在劣化规律层面,先后得出了两种情况下混凝土质量损失与相对动弹性模量、抗压强度的变化规律。在侵蚀产物分析层面,得出在侵蚀初期,混凝土内已有钙矾石与石膏生成,但此时侵蚀产物处于填充孔隙的阶段,因此该阶段混凝土宏观性能未受太大影响,甚至由于孔隙被填充加固有了密实性的提升。但随着侵蚀时间的增加,混凝土内部裂隙增多,形成损伤层,并能够从损伤层厚度判断出混凝土劣化程度。

3 混凝土力学性能退化规律

孔祥芝[7]研究了水工大坝混凝土溶蚀初期的强度及刚度衰减规律。结果表明振捣密实、养护充分的水工大坝混凝土具有很高的抗渗透溶蚀能力,其人粉煤灰对混凝土的抗渗透溶蚀性能、自愈能力有提升作用。钙离子浓度及其溶出速率与混凝土中钙的存在形式、胶材用量、混凝土密实度、渗透水运动速率和渗径有关,并给出了可以简单预测混凝土结构的使用寿命的经验公式。渗透溶蚀作用下,混凝土趋于变脆、刚度降低,且掺火山灰混凝土的性能衰减更快。

方坤河[8]针对混凝土试件渗透溶出物种类及其随渗透历时的发展变化,渗透溶蚀特性的影响因素,稳定性和渗透耐久性进行了研究。分析结果表明,混凝土中凡属于能溶于水的物质均可能随渗透过程的进行而溶出。主要包括一些溶于水的碱性氧化物,如氧化钠、氧化钙等;以及一些可溶性盐类,如氯化物、硫酸盐等。此外,研究认为影响混凝土渗透溶蚀的因素主要有:渗透水的石灰浓度及水中其它影响Ca(OH)2溶解度的物质含量;混凝土中含极限石灰浓度高的水化产物的多少;混凝土的密实性和不透水性。

夏蕴强(1993-),男,硕士生,研究方向:风景园林生态规划,email:xiayq0719@163.com;

随着渗透时间的延长渗透液的pH值有所降低,且粉煤灰掺量越大的混凝土,渗透液pH值降低越小。混凝土与渗透水之间存在CaO与SiO2的交换,且一般渗透水从混凝土中溶解CaO,混凝土从渗透水中吸收SiO2,粉煤灰的掺量较大时,这一过程将会逆转。并且,在水力梯度低于临界值且渗透水物化学侵蚀性时,CaO及SiO2的累积溶出量会趋于稳定。同时,少量的积盐不会对混凝土造成危害,反而有利于提高混凝土的密实性和抗渗性。

语言主要分为声调和语调两类[7]。声调是贯通于整个音节的高低升降的调子,是指读每个音节时声音的变化,主要由音高决定[8]。其特点是通过不同长短、高低的声调来表达不同含义。语调指的是抑扬顿挫的腔调。语调语言的特点是,语言声调在不同样长短和高低时,只表示语气,而不影响语意。汉英分别属于声调和语调语言。所以,如果把普通话的声调语言特点用到具有语调语言特点的英语上就有问题。

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马保国[9]则研究了TSA侵蚀机理及国内实例。TSA侵蚀主要发生在硫酸根与碳酸根共存的低温环境中,二者侵蚀产物钙矾石、石膏及方解石在低温情况下与过量水反应,将水化产物CSH水化硅酸钙凝胶转变为无胶结性的硅灰石膏,使侵蚀混凝土完全丧失强度。且经过组分分析确定来自八盘峡水电厂的混凝土样品确已发生了TSA侵蚀,这在国内尚属首次。TSA侵蚀不同于一般盐类侵蚀,其造成的后果将对混凝土的工作性能带来毁灭性打击,并且该研究表明TSA侵蚀已在现有混凝土结构中出现,值得引起重视[10,11]

参考文献

[1]肖海英,葛勇,张宝生,等.浸泡方式对混凝土腐蚀性的研究[A].沿海地区混凝土结构耐久性及其设计方法[C].中国深圳:中国土木工程学会,2004.

[2]杨礼明.高性能混凝土的化学腐蚀、盐结晶和应力腐蚀及其微结构演变规律[D].南京:南京航空航天大学(博士学位论文),2013.

[3]李金玉,曹建国,林莉,等.水工混凝土耐久性研究的新进展[J].水力发电,2001,27(4):44-47.

[4]徐文雨,关英俊,李金玉.大坝混凝土渗漏溶蚀的研究[J].水利水电技术,1990,21(7):43-48.

[5]方祥位,申春妮,杨德斌,等.混凝土硫酸盐侵蚀速度影响因素研究[J].建筑材料学报,2007,10(1):89-96.

[6]姜磊.硫酸盐侵蚀环境下混凝土劣化规律研究[D].西安:西安建筑科技大学(博士学位论文),2014.

[7]孔祥芝,陈改新,纪国晋.大坝混凝土渗透溶蚀试验研究[J].混凝土,2013(10):53-56.

[8]方坤河,阮燕,吴玲,等.混凝土的渗透溶蚀特性研究[J].水力发电学报,2001,72(1):31-39.

[9]马保国,高小建,何忠茂,等.混凝土在SO42-和CO32-共同存在下的腐蚀破坏[J].硅酸盐学报,2004,32(10):1219-1224.

[10]王倩.混凝土结构耐久性研究[J].江西建材,2017(24):19-21.

[11]赵俊.大体积混凝土裂缝的成因及预防[J].江西建材,2017(14):76-81.

 
严雨浩,黄欣然
《江西建材》 2018年第05期
《江西建材》2018年第05期文献

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