氯盐对水泥_石灰石粉胶凝材料硫酸盐侵蚀的影响研究.

第一篇：氯盐对水泥_石灰石粉胶凝材料硫酸盐侵蚀的影响研究.

0前言

我国西部的许多地区 , 存在着大量的 Cl-和 SO 42-, 如 在 青 海 ,平均 Cl-浓 度 达 到 了 204g/L , SO 42-浓 度 达 22.3g/L;又如在新疆和内蒙古盐湖地区 ,平均 Cl-浓度 达 到 了 133g/L 和 108g/L , SO 42-浓 度 分 别 达 33.4g/L 和 36.4g/L [1]。国家的许多重要工程 , 有的需建在盐湖上 , 有 的要通过盐湖地区或盐湖周围的盐渍土地区。因此 , 研究硫酸盐和氯盐对水泥混凝土的复合作用具有重要 的意义。此外 ,近年来石灰石粉已被广泛用作水泥混 合材和混凝土掺合料。目前 , 国内外学者对水泥-石灰 石粉胶凝材料在硫酸盐侵蚀下的性能变化已有许多研 究 [2￣10], 然而在硫酸盐和氯盐的复合作用下 , 其性能变 化研究却少见报道。本文在硫酸盐和氯盐复合侵蚀条

件下 , 试验研究了氯盐对水泥-石灰石粉胶凝材料受硫 酸盐侵蚀破坏的影响 , 并分析了其机理。

1原材料与试验方法 1.1原材料

水泥 :湖南产 42.5级普通硅酸盐水泥 , 其化学成 分见表 1。石灰石粉 :工业用粉 , 细度 400目 , 其 XRD 图谱见 图 1。砂 :湘江河砂 , 细度模数 2.4。水 :普通自来水。1.2试验方法

用石灰石粉等量取代水泥制成砂浆 , 试验配合比 见表 2。试件尺寸为 40mm ×40mm ×160mm , 试件在标准 养护条件下成型 , 24h 后拆模 , 置于标准养护室中养 护。试件经标养 28d 后 , 在室温 20℃ 条件下分别放入质 量浓度为 5%的 Na 2SO 4

溶液、Na 2SO 4+NaCl 复合溶液以 及清水中浸泡 , 两个月更换一次浸泡溶液。复合溶液中

氯盐对水泥-石灰石粉胶凝材料硫酸盐 侵蚀的影响研究 肖 佳 , 赵金辉 , 陈 雷 , 王建华(中南大学土木建筑学院 , 长沙 410075 摘 要 :通过 Na 2SO 4溶液和 Na 2SO 4+NaCl 复合溶液的长期浸泡腐蚀试验 , 研究了氯盐对水泥-石灰石粉胶砂试件受硫酸盐侵 蚀破坏的影响。结果表明 , 氯盐缓解了水泥-石灰石粉胶砂试件的硫酸盐破坏。在硫酸盐的单独侵蚀下 , 试件的劣化是因石膏膨胀 和水化产物分解的共同作用造成的;在硫酸盐 +氯盐共同作用下 , 试件早期破坏主要是因石膏结晶引起体积膨胀造成的 , 后期破 坏则主要由石膏以及 CaAl 2(CO 3 2(OH 4・ 6H 2O 和氯铝酸钙分解和 CaCl 2溶解的共同作用所造成 , 并导致腐蚀的加剧。

关键词 :硫酸盐;氯盐;石灰石粉;石膏;碳铝酸钙

Abstract:The effect of chloride on the damerge of mortar, which is made with cement and ground limestone and its specimens were immersed in Na 2SO 4or Na 2SO 4+NaCl solution, was studied.The results show that chloride will postpone and relax the sulfate attack on the specimens.Under the attack only by sulfate, the damage of specimens is mainly induced by the expansion of gypsum and the decomposition of hydration products of calcium carboaluminate;while under the condition of cooperation of sulfate and chloride, early damage of specimens is caused by the volume expansion induced by gypsum crystallization, and further damage is mainly caused by gypsum expansion, decomposition of CaAl 2(CO 3 2(OH 4・ 6H 2O and calcium chloroaluminate, and the dissolution of CaCl 2.And that will intensify the damerge.Keyword:Sulfate;Chloride;Ground limestone;Gypsum;Calcium carboaluminate

中图分类号 :TU528文献标识码 :A 文章编号 :1000-4637(2008 05-17-04 基金项目 :国家自然科学基金资助项目(50378092。表 1水泥的化学成分

SiO 2Al 2O 3Fe 2O 3CaO MgO SO 3 24.34.83.855.34.22.4 510***04550 2θ/°

图 1石灰石粉的 XRD 图谱 A A :CaCO 3 A A A A A A % 2008年第 5期 混 凝 土 与 水 泥 制 品 2008No5 10月 CHINA CONCRETE AND CEMENT PRODUCTS OctoberNa 2SO 4+NaCl 复合溶液浸泡后试件的强度变化率都较 在 Na 2SO 4溶 液 浸 泡 后 的 强 度 变 化 率 小。A2试 件 在

Na 2SO 4溶液中浸泡后 , 其强度变化率的变化剧烈 , 6个 月 时 抗 折 强 度 比 其 标 养 28d 的 抗 折 强 度 下 降 了

10.8%, 比 其 同 龄 期 清 水 养 护 的 抗 折 强 度 下 降 了 27.3%。而 A2试件在 Na 2SO 4+NaCl 复合溶液中浸泡 6个月后 , 其抗 折 强 度 还 高 于 其 标 养 28d 的 抗 折 强 度 28.1%, 高于其同龄期清水养护的抗折强度 4.5%。从强 度、抗蚀系数以及强度变化率比较后可以判断 , Cl-的 存在缓解了试件受硫酸盐侵蚀破坏的程度。

2.3微观分析

图 7为 A1试件 在 两 种 溶 液 中 浸 泡 后 的 XRD 图

谱。当浸泡 6个月时 [见图 7(a ], 经 Na 2SO 4溶液浸泡后 的 A1试件中 , 主要生成了石膏;而经 Na 2SO 4+NaCl 复

合溶液浸泡后 , A1试件中除有石膏生成外 , 还生成了 CaAl 2(CO 3 2(OH 4・ 6H 2O 和 氯 铝 酸 钙 , 但 石 膏 衍 射 峰 稍 弱。这个阶段 , 试件的破坏是由石膏膨胀引起的。在复 合 溶 液 浸 泡 下 , 由 于 试 件 中 有 CaAl 2(CO 3 2(OH 4・ 6H 2O 和氯铝酸钙产物的形成 , 填充了由石膏膨胀引起的孔 缝 , 起到了密实的作用 , 因而减缓了试件的破坏和劣 化。

从图 7(b 可见 , 在 Na 2SO 4+NaCl 复合溶液中浸泡

20个月后 , A1试件中的 CaAl 2(CO 3 2(OH 4・ 6H 2O 和氯铝 酸 钙(α-C 4A ・ CaCl 2・ 10H 2O , β-C 3A ・ CaCl 2・ 10H 2O 已 分 解 , 并有易溶于水的 CaCl 2生成。

而在 Na 2SO 4溶液中浸 泡 20个月后 , A1试件石膏衍射峰明显比其浸泡 6个 月时的石膏衍射峰增强。由此可见 , 腐蚀 20个月时 , Na 2SO 4溶液浸泡试件的破坏 , 是由于大量生成了石膏 , 造 成 试 件 体 积 的 膨 胀 并 产 生 裂 缝 所 造 成 的。而 经

Na 2SO 4+NaCl 复合溶液浸泡的试件 , 其破坏则是由石膏 引起试件体积膨胀 , CaAl 2(CO 3 2(OH 4・ 6H 2O 和氯铝酸钙 分解以及 CaCl 2溶于水共同作用所造成的。其中 , 石膏 是主要的破坏因素 , 但在复合溶液中浸泡 6个月和 20个月时的石膏生成量相差不大 , 因 而 其 破 坏 轻 于 在

Na 2SO 4溶液中浸泡的试件。

另有研究表明 , 掺有石灰石粉或碳酸钙的水泥混 凝土中 , CaCO 3会与 C 3A 反应形成碳铝酸钙水化物

[11￣

16] , 其中 , 单碳铝酸钙是其最终和稳定的水化产物 [7,12,13]。但也有研究 [13]表明 , 单碳铝酸钙在硫酸盐环境下是不 A0(Na 2SO 4 A0(Na 2SO 4+NaCl A2(Na 2SO 4 A2(Na 2SO 4+NaCl A0(Na 2SO 4 A0(Na 2SO 4+NaCl A2(Na 2SO 4 A2(Na 2SO 4+NaCl 1 2 3 4 5 6 浸泡时间 /月(a 抗压强度 1 2

5 6 浸泡时间 /月(b 抗折强度 抗 压 强 度 /M P a 抗 折 强 度 /M P a ***240383634 11.511.010.510.09.59.08.58.07.57.06.5 图 5两种溶液(Na 2SO 4溶液和 Na 2SO 4+NaCl 复合溶液 浸泡下试件的抗蚀系数 A0(Na 2SO 4 A0(Na 2SO 4+NaCl A2(Na 2SO 4 A2(Na 2SO 4+NaCl 1 234 5 6 浸泡时间 /月

抗 蚀 系 数 K 1 1.201.151.101.051.000.950.900.850.800.750.70 1 2 34 5 6 浸泡时间 /月(a K2 1 2 34 5 6 浸泡时间 /月(b K3 图 4 两种溶液(Na 2SO 4溶液和 Na 2SO 4+NaCl 复合溶液 浸泡下试件的强度

A0(Na 2SO 4 A0(Na 2SO 4+NaCl A2(Na 2SO 4 A2(Na 2SO 4+NaCl A0(Na 2SO 4 A0(Na 2SO 4+NaCl A2(Na 2SO 4 A2(Na 2SO 4+NaCl 图 6两种溶液(Na 2SO 4溶液和 Na 2SO 4+NaCl 复合溶液 浸泡下试件的强度变化率 强 度 变 化 率 K 2/% 强 度 变 化 率 K 3/% ***51050-5-10-***-5-10-15-20-25-30 肖 佳 , 赵金辉 , 陈

雷 , 等 氯盐对水泥-石灰石粉胶凝材料硫酸盐侵蚀的影响研究