混凝土抗硫酸鹽侵蝕試驗方法及評價指標(biāo)研究

1、混凝土抗硫酸鹽侵蝕試驗方法及評價指標(biāo)研究        摘  要：本文評述了抗硫酸鹽侵蝕的中國國家標(biāo)準(zhǔn)方法、外國國家標(biāo)準(zhǔn)方法以及國內(nèi)一些科研單位提出的抗硫酸鹽侵蝕的試驗方法，分析了這些試驗方法及評價指標(biāo)的合理性及存在的不足之處。結(jié)合正在修訂的國家標(biāo)準(zhǔn)GBJ 8285普通混凝土長期性能與耐久性試驗方法標(biāo)準(zhǔn)，對兩種新的混凝土抗硫酸鹽試驗方法“全浸泡法”和“干濕循環(huán)法”做簡單的介紹。 關(guān)鍵詞：硫酸鹽侵蝕；試驗方法；評價指標(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方法，在既定試驗方法的基礎(chǔ)上還

2、必須指定某些評價指標(biāo)來衡量混凝土抗硫酸鹽侵蝕的性能。但是，我國至今還沒有統(tǒng)一的用于混凝土抗硫酸鹽侵蝕的試驗方法及評價混凝土抗硫酸鹽侵蝕性能的指標(biāo)。因此，對于混凝土抗硫酸鹽侵蝕試驗方法及評價指標(biāo)的研究意義重大。2  中國國家標(biāo)準(zhǔn)侵蝕方法及評價指標(biāo)我國曾先后三次制定了用于水泥抗硫酸鹽侵蝕的試驗方法的國家標(biāo)準(zhǔn)：GB 7491965、GBT 24201981和GBT 7492001，但是這些試驗方法和評價指標(biāo)都還存在著一些缺點或不足。我國早期的國家標(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的長方形試體。為保證試驗結(jié)果的一致性，試件為加壓成型，濕氣中養(yǎng)護1d，淡水中養(yǎng)護14d，然后一部分試件仍然在淡水中養(yǎng)護，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)護至6個月。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度與在淡水中的抗折強度之比。評定準(zhǔn)則為：6個月時的腐蝕系數(shù)小于0.80時，則認為該種水泥在該環(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)點是有明確的評定標(biāo)準(zhǔn)，但是該方法需要成型的試件數(shù)量多，試驗周期長。同時，該方法沒有指明侵蝕溶液的濃度，沒有考慮在高 濃度和低 濃度時侵蝕機理的不同等問題。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)護箱養(yǎng)護，7d50E水中養(yǎng)護，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。我國最新頒布的水泥抗硫酸鹽侵蝕試驗方法GBT 74920013是以膨脹率作為評價水泥抵抗硫酸鹽侵蝕能力的指標(biāo)，該方法類似于ASTM的試驗方法。3  外國

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

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

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

8、測試一種水泥所需的一套試件由6個砂漿棒和多達21個立方體組成。這兩種測試方法都考慮了Na2S04和MgS04兩種侵蝕溶液的影響，在ASTM CA52測試方法中，硫酸鹽是作為混合物加到砂漿中的，棱柱體存放于水中，這樣不能正確評價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，成型時的微小變化都可能對試驗的結(jié)果產(chǎn)生顯著的影響，從而使試驗結(jié)果的離散性很大。3.

9、2  在英國、日本等國對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)，認為達到該指標(biāo)的水泥均具有一定的抗硫酸鹽侵蝕性能。3.3  在德國，采用了氧擴散法刮，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時再移人4.4的Na2S04溶液中，分別在5或20的溫度下養(yǎng)護。在各齡期連續(xù)測定試件的長度變化、共振頻率和質(zhì)量變化，并計算試件的彈性模量。采用氧擴散法測定經(jīng)20硫酸鹽溶液浸養(yǎng)試件的滲氣性并計算它們的有效擴散系數(shù)。3.4  最后就是以前蘇聯(lián)、羅馬尼亞等國為代表，采

10、用水泥試件在侵蝕環(huán)境中一定齡期的強度與淡水中相同齡期強度的比值來評價抗蝕性。4   國內(nèi)科研單位提出的抗硫酸鹽侵蝕方法及評價指標(biāo)目前，國內(nèi)在研究混凝土受硫酸鹽等鹽類侵蝕時，各科研單位有提出過相應(yīng)的試驗方法和評價指標(biāo)，但是這些方法都不同程度地效仿了上述國家的三類標(biāo)準(zhǔn)測試方法，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7d后進行侵蝕試驗。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，以此作為一個循環(huán)，共進行28個循環(huán)，然后測試砂漿的抗折強度，并按下式計算其相對抗折強度K：K=砂漿在硫酸鈉溶液中循環(huán)后的抗折強度砂漿在自來水中相同循環(huán)后的抗折強度最后試驗結(jié)果以K值的大小來相對的評價砂漿的抗侵蝕性能。 4.2  東南大學(xué)與南京長江二橋建設(shè)指揮部的試驗方法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，每兩個月?lián)Q一次溶液，浸泡150d，另一組于水中養(yǎng)護。最后以混凝土的抗壓強度變化率來相對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，測體積為原始體積，28d后再測體積，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，均采用排水法測體積。測完體積后分別再測混凝土的抗壓強度。最后以體積膨脹值和強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)“水泥抗硫酸鹽試驗方法GB 242080"進行，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7d，然后分別放入侵蝕液中浸泡28d，然后測抗折強度。K=浸泡在侵蝕液后的抗折強度自來水中浸泡相同齡期的抗折強度最后以“抗蝕系數(shù)”K的大小來評價各種材料的相對抗侵蝕性能。（2）“慢蝕法”，根據(jù)“水泥抗硫酸鹽試驗方法GB 74965”進行，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，先在相對濕度大于90的濕氣中養(yǎng)護1d，再放人淡水中養(yǎng)護14d，然后在侵蝕液中浸泡6個月。最后同樣用K來評價抗蝕能力，所不同的是，此法用K值小于0.8時就認為該砂漿不耐蝕。該院還利用溶液SO42 的含量為2500mgL時的試驗數(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方法正在修訂中的GBJ 8285普通混凝土長期性能與耐久性試驗方法標(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方法按混凝土的強度等級分為“全浸泡法”和“干濕循環(huán)法”兩類，強度等級在C30以下的普通混凝土擬采用“全浸泡法”，強度

16、等級在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，但是其獨到之處值得學(xué)習(xí)、借鑒，下面就兩種方法做簡單介紹。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算。按試驗設(shè)計齡期分別取出一組試件測定在侵蝕介質(zhì)中以及清水中相同齡期、相同配比的混凝土抗壓強度，求出抗腐蝕系數(shù)K值。該法與以往國家標(biāo)準(zhǔn)方法主要的不同點是抗腐蝕系數(shù)不再沿用以往方法的抗折強度比。硫酸鹽侵蝕混凝土后會在混凝土內(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)對于提高混凝土的抗折強度是很有利的，因此用抗折強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)法該法的試驗過程與國內(nèi)一些科研單位提出的相似，但具體的評價指標(biāo)方面變化較大。試件標(biāo)養(yǎng)28d進行干濕循環(huán)試驗。大致循環(huán)制度是：試件在適宜的侵蝕溶液中浸泡一段時間，然后放人一定溫度的烘箱中烘干一段時間，冷卻稱重以及測抗壓強度為一循環(huán)。固定每一循環(huán)的時間。每隔一定循環(huán)后稱一次質(zhì)量，并做一組抗壓強度試驗，同時觀察經(jīng)過循環(huán)后混凝土表面的破損情況。該方法在評價指標(biāo)方面也未采用以往的抗折強度比，

18、而是提出兩個新評價指標(biāo)：“強度耐蝕系數(shù)”和“質(zhì)量耐蝕系數(shù)”。“強度耐蝕系數(shù)”和“質(zhì)量耐蝕系數(shù)”的大致含義是在進行了"次循環(huán)后混凝土的相對抗壓強度值（或相對質(zhì)量）與當(dāng)次循環(huán)次數(shù)占試驗最大循環(huán)次數(shù)的百分數(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以上或強度耐蝕系數(shù)在75以上即認為抗硫酸鹽侵蝕性能合格。6   結(jié)語GB 7491965、GBT 24201981、GBT 7492001三個版本的水泥抗硫酸鹽侵蝕試驗方法及評價指標(biāo)本身就存在著不足，確切地說GB 7491965是用于評定水泥抗侵蝕性的標(biāo)準(zhǔn)，這個標(biāo)準(zhǔn)的優(yōu)點是與使用環(huán)境相似，工程意義明顯，其缺點是試驗周期太長；而GBT 24201981是用來比較水泥抗侵蝕性的標(biāo)準(zhǔn)，這個標(biāo)準(zhǔn)的優(yōu)點就是試驗周期短，但是其有著重大的缺點，該標(biāo)準(zhǔn)只規(guī)定了試驗方法等內(nèi)容，但是試驗用試件尺寸偏小，且對試驗結(jié)果未加任何說明。以至于試驗所得的結(jié)果對水泥抗侵蝕性的評價無從談起。而國內(nèi)一些科研單位采用的試驗方法都不同程度的派生于此，也具有局限性。以美國為代表的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