（道路与铁道工程专业论文）表面成膜型涂料对混凝土保护层性能的影响研究.pdf

摘要 混凝土是土木工程中应用广泛的建筑材料。当前水泥混凝土的耐久性问题日益突出， 因耐久性不足造成的危害非常严重。混凝土保护层最重要的性能就是维护结构的耐久性。 本文采用四种表面成膜型涂料为研究对象通过室内试验，研究了表面成膜型涂料对混凝土 保护层性能的影响。 ( 1 ) 研究了涂刷涂料后混凝土试件的吸水率变化情况。研究表明涂刷涂料后混凝土的吸水 率显著降低。研究还表明随着水灰比的增大，不论基准件还是涂刷涂料的试件混凝土的吸 水率都显著增大。随着涂刷遍数的增多，混凝土的吸水率也显著降低。 ( 2 ) 研究了涂刷涂料后混凝土试件阻止二氧化碳扩散的能力。研究表明涂刷涂料的混凝土 试件阻止二氧化碳扩散的能力有显著的提高。涂刷涂料的混凝土试件和基准件随着碳化时 间的增长，碳化深度在加大；随着涂刷次数的增多，碳化深度显著减小，最终二氧化碳的 扩散会达到一个较为稳定的水平。研究还表明混凝土试件阻止二氧化碳扩散的能力随着水 灰比增大而降低。 ( 3 ) 运用快速氯离子渗透试验方法研究了涂刷涂料后混凝土抵抗氯离子渗透的能力。研究 表明涂刷涂料的混凝土试件抵抗氯离子渗透的能力有显著的提高。涂刷涂料的混凝土试件 和基准件随着龄期的增长，电量在减小；随着涂刷次数的增多，涂刷r s 2 2 一l 、b s 一2 、j f 的试件通电量在减少，涂刷s 的试件几乎没有影响。涂刷涂料的混凝土试件抵抗氯离子渗 透的能力随着水灰比降低而提高。研究还表明掺粉煤灰的试件抵抗氯离子渗透的能力增 强。 ( 4 ) 研究了涂刷涂料后水泥胶砂试件抵抗酸、碱以及硫酸盐侵蚀的能力。研究表明涂刷涂 料的试件在早期能显著的降低酸的侵蚀。随着浸泡龄期的增长，涂料出现剥落，抵抗酸侵 蚀能力下降。由于碱溶液的浓度不高，涂刷涂料的试件没有表现出比基准件强的抗碱侵蚀 的能力。涂刷涂料的水泥胶砂试件与掺粉煤灰的试件在一定程度上阻止了硫酸盐侵蚀。 关键词：表面成膜涂料混凝土保护层耐久性 致谢 首先，感谢尊敬的导师王元纲教授对我的精心教导，栽培之恩，学生永不相忘。导师 严谨治学、孜孜不倦的钻研精神、渊博的学识、丰富的实践经验、甘当人梯、诲人不倦的 学者风范以及言传身教使我受益匪浅。值此论文完成之际，谨向导师致以最衷心的感谢和 最诚挚的敬意，祝导师身体健康，桃李天下! 论文的顺利完成还得到了实验室张高勤老师的帮助，试验期间赵苏政、孙洪岩等同学 也给予我热情的帮助，在此表示感谢! 感谢南京林业大学土木工程学院给我提供了学习提高的机会，感谢全体老师对我的教 导和帮助，祝愿我们的学院蒸蒸日上、更创辉煌，祝愿老师们身体健康、工作顺利! 借此机会还要感谢我的父母多年来对我的养育之恩，是你们让我不断的进步，我才能 够有今天的成绩，感谢你们! 最后，向所有关心、帮助、爱护过我的老师、同学、朋友以及亲人表示由衷的感谢! 作者：刘芳 2 0 0 8 年6 月 1 绪论 1 1 研究的背景及意义 耋i1 1 混凝土结构耐久性不足造成的危害 混凝土是土木工程中应用最广泛的建筑材料。因此混凝土结构也成为最重要 的建筑结构形式。长期以来，人们一直认为混凝土结构耐久性良好，忽视了混凝 土耐久性的问题，由此付出了沉重的经济代价，造成了不良的社会影响。 美国材料咨询委员会( n m a b ) 19 8 7 年的报告中指出，有2 5 3 奏奏0 座混凝土桥处 于不同程度的损伤状态，且以每年3 5 0 霸霸座的速度在增加；1 9 9 1 年用于修复由 于耐久性不足而损坏的桥梁就耗资9 1 0 亿美元。 19 8 9 年英国公路局估计，仅在英格兰和威尔士，有撤除冰盐诱发的钢筋腐 蚀对公路桥梁造成的损害，经济损失高达6 16 5 亿英镑。而这些被统计的桥梁仅 占全英国桥梁总数的10 。 日本目前每年仅用于房屋结构维修的费用即达4 0 0 亿日元，大约有2 1 4 的钢筋混凝土结构损坏是因钢筋锈蚀引起的。引以自豪的新干线使用不到10 年， 就出现大面积混凝土开裂、剥蚀现象。 据瑞士联邦公路局统计，瑞士公路系统约有3 奏奏0 座桥梁，每年用于桥面检 测及维修的费用达8 萋萋0 万瑞士法郎，至于修理或更换的费用就更高。 阿拉伯海湾地区由于高温( 2 0 5 0 ) 、高湿( 6 0 1 0 0 ) ，大气中及混凝 土拌合物骨料和水中氯化物含量高，使得混凝土中钢筋锈蚀特别严重，混凝土结 构的平均寿命仅1o 15 年1 。 前苏联有关资料表明，仅工业厂房受钢筋锈蚀损坏的总额就占其固定资产的 16 ，有些厂房使用10 年左右即严重破坏，经常需要维修，有些建筑维修费用 已超过其原始造价，。 19 8 0 年，仅使用了2 3 年的民主德国柏林会议大厦由于钢筋锈蚀造成其西南 角塌陷，引起国内外学者的关注1 。 在我国，混凝土结构在工业与民用建筑中占很大比例，其耐久性问题不容忽 视。调查显示，19 7 6 1 9 9 4 年底近2 0 年我国建造厂房、仓库合计5 6 5 5 亿m 2 。 由于在地下室构造、屋顶构造和防水设计、施工上考虑不周，经常出现厂房或房 屋地下室潮湿、渗水，屋面檐口被推裂、漏水、结构开裂的现象，其耐久性低于 国际水平数十年 。 1 9 8 1 年交通部第四航务局等对华南地区使用7 2 5 年的1 8 座海港码头的调 查资料表明，在海溅区，梁、板底部钢筋普遍严重锈蚀，引起破坏的占8 9 ( 1 6 座) ，其中有几座已不能正常使用1 。 根据19 9 4 年铁路秋检统计，我国铁路中有病害的混凝土桥为2 6 7 5 座，其中 发生钢筋锈蚀损伤的为7 2 2 座，占2 7 n 5 ；。 混凝土具有一定的柔软性和延展性，用于混凝土表面的涂料也必须有一定 的柔软性和延展性，才能适应混凝土的收缩和膨胀。 ( 4 ) 附着力 附着力是所有涂料的重要性能之一，但是用于混凝土表面的涂料的附着力 性能与用于钢铁表面的涂料不同。由于混凝土可能处于潮湿环境，涂料必须具 有很好的渗透性和润湿性来牢牢的附着在混凝土表面。而且，涂层必须有能力 抵抗来自于背面的水压，以防止涂膜起泡。 ( 5 ) 耐磨性 用于混凝土地面的涂料，必须具有很好的耐磨性。 ( 6 ) 水气渗透性 混凝土表面的涂料必须具有良好的抗水气渗透性。新混凝土在固化时总是 含有一定的水分，如果水分存在于涂料与混凝土之间，涂层就会剥落或起泡。 所以使用的涂料还需要具有一定的呼吸性能。它可以让水气通过，但不能让液 态水通过。当然，这种水气通过不能超过涂料承受的能力。高的水气通过率会 使涂料耐水性能和抵抗化学品的能力下降。 ( 7 ) 抗二氧化碳性 二氧化碳是引起混凝土碳化的主要因素之一。由于二氧化碳的含量会随着 温度和湿度的增高而升高，因此要求抗二氧化碳渗透率达到4 0 0 0 g p a s m 2 蚝以上。 ( 8 ) 涂层厚度 混凝土表面的涂层必须达到一定的涂层厚度，这样才可以克服混凝土表面 的不规则性和可能产生的涂层缺陷。涂层厚度达到3 0 0 5 0 0 u m 就可以有效的消 除细小的收缩裂纹。涂层如果不能达到一定的厚度，也无法抵抗内应力。 ( 9 ) 装饰性 涂料除了具有耐各种大气腐蚀和其他性能之外，还必须具有很好的装饰性 能，色彩要丰富，涂膜要有丰满感，耐光保光性能要好。 1 1 5 涂料的类别 涂料有许多不同的分类方法，如以成膜物质不同的分类、以溶剂不同的分类 等。从混凝土保护涂层起作用的方式分类主要有两种6 l ：物理方式和化学方式。 物理方式是利用混凝土保护涂层自身成膜来屏蔽腐蚀介质进入混凝土内部，这种 方式的混凝土保护涂层的效用跟形成膜的性质密切相关，膜性质的好坏将直接影 响混凝土耐久性的优劣；另一种方式为化学方式，是指混凝土保护剂渗入混凝土 内部，与水泥石孔隙中的水泥水化产物发生复杂的物理化学变化生成新的物质， 新生成的物质堵塞腐蚀介质进入混凝土内部的通道，从而有效阻止腐蚀介质的渗 入。 本课题采用四种表面成膜型涂料，通过在混凝土表面涂刷涂料后试件的室内 试验，研究表面成膜型涂料对混凝土保护层性能的影响，以期能提高混凝土结构 的有效的表面涂层材料。 孙家瑛纠等在钢筋混凝土桥梁耐久性调查及防治措施研究一文中对涂有纯 丙乳液、苯丙乳液、叔碳酸盐和有机硅涂层的混凝土的氯离子渗透性以及碳化性 能进行研究，发现除有机硅外，其它几种涂层对混凝土防腐效果显著，其中苯丙 乳液效果最佳。 刘玉军硕士学位论文混凝土保护涂层性能和测试方法的研究中n 们研究了不 同腐蚀介质下混凝土保护涂层的吸水行为，研究表明混凝土保护涂层能够有效降 低砂浆混凝土的吸水率，刷涂混凝土保护涂层后砂浆的吸水率同水灰比呈正比关 系。研究还表明吸水率可以有效评价混凝土保护涂层的防水能力和抵抗酸、碱侵 蚀的能力。采用扩散池法和快速氯离子渗透试验方法研究了混凝土保护涂层抵抗 氯离子渗透的能力。研究表明混凝土保护涂层可以提高砂浆混凝土抵抗氯离子渗 透的能力，并随着砂浆混凝土水灰比的降低而增大。扩散池法和快速氯离子渗透 试验方法具有较好的相关性，均能有效评价混凝土保护涂层抵抗氯离子渗透的能 力。探索了交流阻抗谱方法在混凝土保护涂层评价研究中的应用；利用电化学方 法研究了不同腐蚀环境下混凝土保护涂层对钢筋锈蚀行为的影响。 1 3 主要研究内容 ( 1 ) 原材料试验，即水泥、粗细集料、涂料技术性能的试验； ( 2 ) 研究涂刷涂料后混凝土试件的吸水率变化情况； ( 3 ) 研究涂刷涂料后混凝土试件阻止二氧化碳扩散的能力； ( 4 ) 运用电量法研究涂刷涂料后混凝土抵抗氯离子渗透的能力： ( 2 原材料试验 2 1 水泥 水泥是一种良好的水硬性胶凝材料。广泛应用于交通、建筑、水利、国防及 海洋开发等工程建设。水泥品种繁多，按其化学成分可分为硅酸盐类水泥、铝酸 盐类水泥、硫铝酸盐类水泥等。在水泥的诸品种中，应用最广的是硅酸盐类水泥。 一般土木工程建设中常用的有硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、 火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥和复合硅酸盐水泥等。本课题选用的江 南水泥厂生产的钟山牌p 0 4 2 5 水泥。 根据公路工程水泥及水泥混凝土试验规程心3 1 ( j t g e 3 0 一2 0 0 5 ) 要求，对水 泥的主要技术性质细度、凝结时间、标准稠度用水量、安定性、胶砂强度进行试 验。 2 1 1 细度 细度是评价水泥颗粒粗细程度的指标。细度对水泥的凝结时间、强度、需水 量和安定性有较大影响。国家标准规定用筛析法测定普通硅酸盐水泥的细度，要 求在0 0 8 0 衄方孔筛上的筛余不得超过1 0 。本试验采用负压筛法测得所用水 泥的o 0 8 0 衄方孔筛的筛余量为0 0 2 。 2 1 - 2 凝结时间 水泥的凝结时间对施工具有重要意义。凝结时间分为初凝时间和终凝时间。 初凝时间是指从水泥加水拌和起至水泥浆开始失去塑性的时间，终凝时间是指从 水泥加水到水泥浆完全失去塑性的时间。初凝时间不宜太短，终凝时间不宜太长。 凝结时间测定采用凝结时间测定仪，将标准稠度用水量制成的水泥净浆装在试模 中，放入湿气养护箱中养护一段时间后，在凝结时间测定仪上以标准试针测定。 公路工程水泥及水泥混凝土试验规程( j t g e 3 0 2 0 0 5 ) 规定：普通硅酸盐水泥 初凝时间不得早于4 5 分钟，终凝时间不迟于1 0 小时。本试验测得：初凝时间为 15 0 分钟，终凝时间为2 5 0 分钟。 2 1 3 标准稠度用水量 为了使所测得技术指标如凝结时间、体积安定性等结果有可比性，要求必须 采用标准稠度得水泥净浆进行测定。影响水泥标准稠度的因素很多，如细度、混 合材料种类及掺量等。公路工程水泥及水泥混凝土试验规程规定：水泥净浆 x 2 1 4 体积安定性 体积安定性是指水泥在凝结硬化的过程中体积变化的均匀性。如果水泥硬化 后产生不均匀的体积变化，会使水泥混凝土构筑物产生膨胀性裂缝，降低建筑工 程质量，甚至引起严重事故，此即体积安定性不良心4 i 。水泥熟料中所含的游离 的氧化钙过多，或游离的氧化镁过多，或掺入的石膏过多都会引起体积安定性不 良。 国家标准规定，用沸煮法检验由游离氧化钙引起的体积安定性不良。沸煮法 有雷氏法和试饼法。雷氏法是将装满标准稠度净浆的雷氏夹移至养护箱内养护 2 4 h 2 h 后放入沸煮箱中沸煮3 h 5 m i n 测定其膨胀值，当两个试件沸煮后雷氏 夹指针间增加距离的平均值不大于5 0 衄时，即认为该水泥安定性合格。试饼法 是将制作好的试饼放入养护箱内养护2 4 h 2 h 后再放入沸煮箱中沸煮3 h 5 m i n ， 目测试饼未发现裂缝，用钢直尺检查也没有弯曲的试饼为安定性合格；反之为不 合格。当两个试饼判别结果有矛盾时，该水泥的安定性为不合格。本试验采用雷 氏法测定：试件的平均膨胀值为2 3 3 m m ：、：、 牝之s 02 04 06 08 01 0 0 龄期( d ) 图5 2 水灰比为o 5 5 的试件在不同龄期的电量 3 8 4 5 0 0 4 0 0 0 3 5 0 0 3 0 0 0 3 2 5 0 0 皿删2 0 0 0 脚1 5 0 0 1 0 0 0 5 0 0 0 气 、 一 、 k = = _ 遗 02 04 06 08 01 0 0 龄期( d ) 图5 3 水灰比为0 5 5 的试件在不同龄期的电量 4 5 0 0 4 0 0 0 3 5 0 0 3 0 0 0 已2 5 0 0 删2 0 0 0 御1 5 0 0 1 0 0 0 5 0 0 0 气 、 、 一 、l 、 ， ： 7 、 ， 4( o2 04 06 08 01 0 0 龄期( d ) 图5 4 水灰比为0 5 5 的试件在不同龄期的电量 3 9 人 l 、k 、 迂- 、二， 02 0 4 06 08 01 0 0 龄期( d ) 图5 5 水灰比为0 6 的试件在不同龄期的电量 3 5 0 0 3 0 0 0 2 5 0 0 已2 0 0 0 掣1 5 0 0 1 0 0 0 5 0 0 0 i 心 嘹蔫 02 04 0 6 0 8 01 0 0 龄期( d ) 图5 6 水灰比为0 5 5 掺3 0 粉煤灰的试件在不同龄期的电量 从图5 1 图5 6 可以看出： 随着养护龄期的增长，不论是基准件还是涂刷涂料的试件电通量都明显降 低。这是因为混凝土中水泥的水化是长期的，但水化至一定的龄期之后则进行缓 慢。随着水泥水化程度的提高，水泥石中毛细孔逐渐被新生成的水化物占据，毛 细孔的连通性减弱，使得水泥浆体的渗透系数降低阳引。即混凝土的渗透性降低。 涂刷涂料的试件在各龄期的电通量均低于基准件。在2 8 天龄期时，基准件 的电通量明显高于涂刷涂料的试件。此时，涂料对于阻止氯离子渗透的效果表现 的比较明显。随着龄期的增长，这种效果逐渐在减弱，最终达到一个较为稳定的 水平。对于掺粉煤灰的试件亦呈现同样的规律。 对比四种涂料，同一龄期涂刷s 后混凝土抵抗氯离子渗透的能力最强，其电 通量极其微小，可以忽略不计。j f 、b s 一2 次之，r s 2 2 1 相对而言最弱。 5 4 2 涂料对掺粉煤灰混凝土抗氯离子渗透性的影响 u 皿耐 口 4 5 0 0 4 0 0 0 3 5 0 0 1 0 0 0 5 0 0 0 基准件r s 2 2 1b s 一2 二j f 二遍s 二遍 二遍遍 不掺粉煤灰 c 掺3 0 粉煤灰1 图5 7 龄期2 8 d 试件的氯离子渗透性与涂料的关系 基准件r s 2 2 1b s 一2 二j f 二遍s 二遍 二遍遍 ! 。不掺粉煤灰l 二掺3 0 粉煤灰l 图5 10 龄期9 0 d 试件的氯离子渗透性与涂料的关系 从图5 7 图5 1o 可以看出：不论基准件还是涂刷涂料的试件在同一龄期 掺粉煤灰混凝土的电通量都小于不掺粉煤灰的混凝土。随着龄期的增长这种现象 更加明显。由此可见掺入粉煤灰后混凝土抵抗氯离子渗透的能力有所增强。主要 是：c s h 凝胶堵塞扩散通道，粉煤灰的铁相也有利于降低c l 一扩散速度；含粉 煤灰水泥浆中的通道比基准水泥浆的弯曲n 州。此外，粉煤灰对氯离子也有很强 的结合能力。这是由于粉煤灰颗粒具有空心结构和复杂的内比表面积，增加了粉 煤灰对氯离子的吸附和反应场所，在粉煤灰球体表面或通过气孔在空腔内均可发 生结合氯离子的反应9 。对掺粉煤灰的混凝土，涂刷涂料的品种不同时，混凝 土抗氯离子渗透性就不同。各种涂料的影响与对未掺粉煤灰混凝土的影响具有相 同的规律。 5 4 3 涂刷遍数对氯离子渗透性的影响 鬻 i 纛 霾 藜 c ； 蒸 鬻 意+ 1 等 j i + 多 女城 基准f ，l ：r s 2 2 1r s 2 2 一l r s 2 2 一l 一遍二遍三遍 图5 1 1 龄期2 8 d 试件的电量 与涂刷遍数的关系 3 5 0 0 3 0 0 0 2 5 0 0 s2 0 0 0 型1 5 0 0 1 0 0 0 5 0 0 0 基准件r s 2 2 1r s 2 2 1 r s 2 2 一l 一遍二遍三遍 图5 一1 2 龄期4 2 d 试件的电量 与涂刷遍数的关系 0 0 0 o 0 0 0 0 0 0 o 0 0 o 0 0 0 o 0 0 0 0 8 6 4 2 0 8 6 4 2 口厶1 1 1 1 1 一已删口 0 o o o 0 0 o 0 0 0 0 o o 0 0 0 o 0 0 5 o 5 0 5 0 5 0 5 4 4 3 3 2 2 1 l 一已嘲口 2 5 0 0 2 0 0 0 g1 5 0 0 罂1 0 0 0 5 0 0 o 基准件r s 2 2 一lr s 2 2 一l r s 2 2 一l 一遍二遍三遍 图5 1 3 龄期6 0 d 试件的电量 与涂刷遍数的关系 4 5 0 0 4 0 0 0 3 5 0 0 3 0 0 0 s2 5 0 0 删2 0 0 0 御1 5 0 0 l 0 0 0 5 0 0 0 基准件b s 一2 一b s 一2 二b s 一2 三 遍遍遍 图5 1 5 龄期2 8 d 试件的电量 与涂刷遍数的关系 2 5 0 0 2 0 0 0 g1 5 0 0 髫l 0 0 0 5 0 0 o 基准件b s 一2 一b s 一2 二b s 一2 三 遍遍 遍 图5 1 7 龄期6 0 d 试件的电量 与涂刷遍数的关系 2 0 0 0 1 8 0 0 1 6 0 0 1 4 0 0 g1 2 0 0 掣1 ： 6 0 0 4 0 0 2 0 0 o 基准件r s 2 2 一lr s 2 2 1 r s 2 2 1 一遍二遍三遍 图5 1 4 龄期9 0 d 试件的电量 与涂刷遍数的关系 3 5 0 0 3 0 0 0 2 5 0 0 s2 0 0 0 窭1 5 0 0 l 0 0 0 5 0 0 o 勰蓊潮 基准件b s 一2 一b s 一2 二b s 一2 三 遍遍遍 图5 1 6 龄期4 2 d 试件的电量 与涂刷遍数的关系 2 0 0 0 1 8 0 0 1 6 0 0 1 4 0 0 g1 2 0 0 挈1 ： 6 0 0 4 0 0 2 0 0 o 一 蓊瀚黼 基准件b s 一2 一b s 一2 二b s 一2 三 遍遍遍 图5 1 8 龄期9 0 d 试件的电量 与涂刷遍数的关系 4 5 0 0 4 0 0 0 3 5 0 0 3 0 0 0 s2 5 0 0 栅2 0 0 0 脚1 5 0 0 l 0 0 0 5 0 0 0 蕊 基准件j f 一遍j f 二遍j f 三遍 图5 一1 9 龄期2 8 d 试件的电量 与涂刷遍数的关系 2 5 0 0 2 0 0 0 g1 5 0 0 栅 衄1 0 0 0 5 0 0 0 霁 蕊勰1 基准件j f 一遍j f 二遍j f 三遍 图5 2 1 龄期6 0 d 试件的电量 与涂刷遍数的关系 4 5 0 0 4 0 0 0 3 5 0 0 3 0 0 0 22 5 0 0 哪2 0 0 0 御1 5 0 0 l 0 0 0 5 0 0 0 基准件s 一遍s 二遍s 三遍 图5 2 3 龄期2 8 d 试件的电量 与涂刷遍数的关系 4 5 3 5 0 0 3 0 0 0 2 5 0 0 22 0 0 0 挈1 5 0 0 1 0 0 0 5 0 0 o 基准件j f 一遍j f 二遍j f 三遍 图5 2 0 龄期4 2 d 试件的电量 与涂刷遍数的关系 基准件j f 一遍j f 二遍j f 三遍 图5 2 2 龄期9 0 d 试件的电量 与涂刷遍数的关系 3 5 0 0 3 0 0 0 2 5 0 0 22 0 0 0 挈1 5 0 0 1 0 0 0 5 0 0 o 翟 基准件s 一遍s 二遍s 三遍 图5 2 4 龄期4 2 d 试件的电量 与涂刷遍数的关系 0 加墙竭m 坨m 0 0 0 ： 一u v 咖删 2 5 0 0 2 0 0 0 615 0 0 蚓 脚1 0 0 0 5 0 0 0 基准件s 一遍s 二遍 s 三遍 图5 2 5 龄期6 0 d 试件的电最 与涂刷遍数的关系 基准件s 一遍s 二遍s 三遍 图5 2 6 龄期9 0 d 试件的电= 晕= 与涂刷遍数的关系 从图5 1 1 图5 2 6 可以看出：涂刷涂料r s 2 2 1 、b s 一2 、j f 和s 的试件的 电通量在不同的龄期均随着涂刷次数的增多 x 3 0 0 0 2 5 0 0 2 0 0 0 蚓1 5 0 0 皿 “ 1 0 0 0 5 0 0 o ll 目 豳_ _ l 口 口 口 图5 2 8 涂刷r s 2 2 1 两遍的试件在不同的龄期电量随水灰比变化的规律 2 5 0 0 2 0 0 0 615 0 0 珈砥 面1 0 0 0 5 0 0 0 4 26 09 0 龄期( d ) 口 口 口 图5 2 9 涂刷b s 一2 两遍的试件在不同的龄期电量随水灰比变化的规律 4 7 。 蚓 唧 2 84 26 0 9 0 龄期( d ) 图5 3 0 涂刷j f 两遍的试件在不同的龄期电量随水灰比变化的规律 。 皿硎 脚 2 84 26 09 0 龄期( d ) 口 囹 口 图5 3 1 涂刷s 两遍的试件在不同的龄期电量随水灰比变化的规律 从图5 2 7 图5 31 可以看出：不论基准件还是刷涂料的试件在各龄期时， 水灰比为0 5 的试件的电量总是小于水灰比为o 5 5 和0 6 的试件。且随着龄期 的增长，电量都在减少。水灰比是评价混凝土渗透性的指标。硬化混凝土由水泥 浆体、界面过渡区和骨料三部分组成。其中，界面过渡区将性质不同的水泥浆体 和骨料连成一个整体，它对混凝土渗透性有最重要的影响。界面过渡区的性质受 水泥浆体和骨料性质支配，而水灰比又是决定硬化水泥浆体的重要因素。低水灰 比能提高水泥石的强度和弹性模量，使水泥石和骨料间的弹性模量差距减小，界 面区水膜层厚度减小，晶体生长的自由空间减小。因此，水化物结晶颗粒尺寸变 小，富集程度和取向程度下降，硬化后的界面区孔隙率下降9 | 。因而低水灰比 的混凝土界面区的孔隙率较低，渗透性低，抵抗氯离子渗透的能力强。 5 5 本章小结 本章主要研究了涂刷涂料的混凝土试件抵抗氯离子渗透的能力。采用了四种 涂料r s 2 2 1 、b s 一2 、j f 和s 及三种水灰比的混凝土进行试验。其中水灰比为0 5 5 的混凝土试件进行了涂刷不同次数的试验研究及以3 0 粉煤灰等量取代水泥的 试验研究，主要有以下结论： ( 1 ) 涂刷涂料的混凝土试件抵抗氯离子渗透的能力有显著的提高； ( 2 ) 涂刷涂料的混凝土试件和基准件随着龄期的增长，电量在减小； ( 3 ) 涂料抵抗氯离子渗透的能力按下列顺序排列：s j f b s 一2 r s 2 2 1 ； ( 4 ) 掺粉煤灰以后，不论涂刷涂料的试件还是基准件抵抗氯离子渗透的能力都比 不掺粉煤灰的增强。 ( 5 ) 随着涂刷次数的增多，涂刷r s 2 2 1 、b s 一2 、j f 的试件电通量在减少，涂刷s 的试件几乎没有影响。 ( 6 ) 涂刷涂料的混凝土试件抵抗氯离子渗透的能力与水灰比有关，水灰比降低， 抵抗氯离子渗透的能力提高。 4 9 6 化学侵蚀试验 6 1 概述 混凝土结构长期暴露在大自然环境中往往遭受化学侵蚀而破坏。混凝土在各 种介质条件下破坏的形式各异，一般来说可以分为溶出型侵蚀、溶解型侵蚀和膨 胀型侵蚀这三类。 6 1 1 溶出型侵蚀 在硅酸盐水泥的水化产物中，c 口( 阳) ：的溶解度最大。c 白( 鲫) ：是维持水化 硅酸钙和水化铝酸钙稳定性的重要条件，c a ( 伽) ，的溶解和析出使得水化硅酸钙 和水化铝酸钙失去稳定性而分解，最终导致混凝土强度不断降低而破坏。 6 1 2 溶解型侵蚀 溶解型侵蚀常见的有酸和碱的侵蚀。腐蚀介质中的离子( 如强酸) 先与 c 白( 鲫) ，反应，然后与水化硅酸钙反应生成可溶性的钙盐，随着可溶性的钙盐的 不断溶出，混凝土的碱度和强度不断降低而破坏。 6 1 3 膨胀型侵蚀 膨胀型侵蚀是指腐蚀介质中的离子与水泥石中的氢氧化钙反应生成新的物 质，体积增大膨胀导致水泥石结构产生内应力而破坏。 6 2 酸侵蚀 酸有强弱之分，弱酸有碳酸、硫氢酸等。绝大部分的天然水中都或多或少的 存在碳酸。水中的碳酸根离子与其它的阳离子如果处于平衡状态对混凝土没有任 何侵蚀，当c q 含量过大超过平衡量时则对混凝土产生侵蚀破坏作用，与混凝土 中的c 口( 明) ：发生以下反应： c d 2 + 日2 d 日2 c d 3 c 口( d 日) 2 + 2 日2 c q c 口( 朋d 3 ) 2 + 2 日2 d 随着反应的不断进行，水泥石中的氢氧化钙浓度不断降低，对混凝土产生侵蚀破 坏作用。 硫酸、盐酸等对混凝土产生强酸侵蚀，其反应如下： c 口( d 日) 2 + 2 h + 一c 口2 + + 2 日2 d 3 c 口d 2 s f d 2 3 日2 d + 6 日+ 一3 c 口2 + + 2 ( s f d 2 日2 d ) + 4 日2 d 可溶性钙盐的生成和溶出使反应不断进行，最终导致混凝土的碱度和强度的下降 而破坏。 5 0 能力大小的顺序是：s b s 一2 r s 2 2 1 j f 。 6 3 碱侵蚀 碱对混凝土的化学侵蚀主要是碱与水泥石中的水化硅酸钙等水化产物发生 反应生成胶结性差、易于浸析的产物导致混凝土破坏。其反应如下： 3 c 口d 2 s f d 2 3 日2 d + 4 口d 日专3 c 口( d 日) 2 + 2 口s f d 3 + 2 日2 d 6 3 1 试验方法 按照一定的比例( 水泥：水：i s 0 砂= 0 5 ：1 ：3 ) 成型水泥胶砂试件，2 4 h 后拆模放入标准养护室养护，养护至2 8 天龄期时将胶砂试件取出放在试验室环 境下静置7 天，用铁砂纸打磨试件的表面再用毛刷刷去表面的灰尘等。 先刷一遍底漆，间隔4 小时后刷面漆，每道面漆的间隔时间为4 6 小时。 试件刷完涂料静置7 天后放入4 的0 日溶液中浸泡，到龄期后测定其质量、 抗压和抗折强度。计算质量损失率= 【质量( 1 ) 一质量( 2 ) 】质量( 1 ) 。 6 3 2 试验结果及分析 碱侵蚀的数据见表6 2 。 表6 2 碱侵蚀试验数据 从表6 2 的数据可以看出，不论是基准件还是涂刷涂料的试件在不同龄期质 量都有所增加，在相同的龄期涂刷涂料的试件的抗折强度几乎都大于基准件，抗 5 2 压强度小于基准件。从抗压强度的角度来看碱溶液并没有对胶砂试件产生腐蚀作 用，涂刷涂料的试件反而在一定程度上阻止了外界水的进入，导致强度比基准件 还低。碱的浓度不大( 15 以下) ，温度不高( 低于5 0 ) 时，碱对混凝土的侵蚀 作用很小。但高浓度的碱溶液或溶融状碱会对混凝土产生侵蚀作用h 。 6 4 硫酸盐侵蚀 硫酸盐侵蚀是化学侵蚀中最广泛和最普遍的形式。硫酸盐与混凝土的水化产 物发生化学反应，对混凝土产生膨胀破坏作用，是典型的膨胀性侵蚀。受硫酸盐 侵蚀的混凝土的特征是表面发白，损坏一般从棱角开始，接着裂缝开展，表层剥 落，使混凝土成为一种易碎的，甚至松散的状态3 3 1 。 6 4 1 硫酸盐侵蚀机理 硫酸盐侵蚀过程中钙矾石、石膏和钙硅石的产生是引起混凝土腐蚀破坏的主 要原因引。 ( 1 ) 石膏腐蚀 介质溶液中的硫酸盐与水泥水化产物c 白( 伽) ，反应生成石膏，在流动的溶液 中反应可不断进行，直至c 口( 鲫) ，被完全消耗。c 口( 伽) ，转化为石膏，体积是原 来的两倍多，从而对混凝土产生膨胀破坏作用。 ( 2 ) 钙矾石的腐蚀 水泥熟料矿物g 彳水化产物水化铝酸钙及水化单硫铝酸钙都能与石膏发生 反应生成水化三硫铝酸钙( 钙矾石) 。钙矾石的溶解度很低，容易在溶液中析出， 水化铝酸钙和水化单硫铝酸钙转化为钙矾石，其体积有大量增加，从而对混凝土 产生破坏作用。 ( 3 ) 钙硅石腐蚀 硫酸盐侵蚀过程中还产生另一种膨胀性产物一钙硅石，钙硅石是c 口( 明) ，和 c 白c 彼与无定形的甄d 及石膏在低温下形成的。钙硅石使混凝土表面产生胀裂， 鼓泡和凸起等现象，混凝土变得松软，强度降低。 6 4 2 试验方法 按照一定的比例( 水泥：水：i s o 砂= 0 5 ：1 ：3 ) 成型水泥胶砂试件及取代 3 0 水泥的粉煤灰试件，2 4 h 后拆模放入标准养护室养护，养护至2 8 天龄期时 将胶砂试件取出放在试验室环境下静置7 天，用铁砂纸打磨试件的表面再用毛刷 刷去表面的灰尘等。先刷一遍底漆，间隔4 小时后刷面漆，每道面漆的间隔时间 为4 6 小时。试件刷完涂料静置7 天后放入l0 的无水峨溶液中浸泡，到 龄期后测定其质量、抗压和抗折强度。计算质量损失率= 【质量( 1 ) 一质量( 2 ) 】 质量( 1 ) 。 6 4 3 试验结果及分析 硫酸盐溶液侵蚀的试验数据见表6 3 、表6 4 。 表6 3 硫酸盐溶液侵蚀的试验数据 从表6 3 的数据可以看出：不论是基准件还是涂刷涂料的试件在浸泡硫酸钠 溶液后，质量都有所增加。在相同的龄期基准件的抗折强度都小于涂刷涂料的试 件。从浸泡硫酸钠溶液2 8 d 、6 0 d 试件的抗压强度看，基准件的抗压强度都大于 涂刷涂料的试件。涂刷r s 2 2 1 两遍、b s 一2 两遍、j f 两遍的试件9 0 d 的抗压强度 大于基准件的强度，这是因为受硫酸盐侵蚀的混凝土强度变化一般经历两个阶 段：在腐蚀初期，由于新生成的盐结晶体的体积增长，使混凝土孔隙率变小，密 实度提高，此时混凝土强度有所提高；在腐蚀后期，由于大量膨胀性产物在孔结 构内的膨胀应力不断增长，使孔结构遭到破坏，内部微裂缝不断扩展，导致混凝 土强度不断降低引。涂刷s 两遍9 0 d 的抗压强度仍小于基准件的强度，由此可 见抵抗硫酸盐侵蚀能力s 还是最强的。 表6 4 硫酸钠侵蚀的试验数据( 掺3 0 粉煤灰) 从表6 4 的数据可以看出，不论是基准件还是涂刷涂料的试件在浸泡硫酸钠 溶液后，质量都有所增加。在相同的龄期基准件的抗折强度几乎都小于涂刷涂料 的试件，这一点和不掺粉煤灰的水泥胶砂试件相似。在相同的龄期基准件的抗压 强度都大于涂刷涂料的试件，9 0 d 龄期的试件并没有出现基准件的强度小于涂刷 涂料的试件，这与不掺粉煤灰的试件不同，由此可见掺粉灰的试件抵抗硫酸盐的 侵蚀能力比不掺粉煤灰的试件强。c ，a 的水化产物铝酸钙易与s o ：。反应生成钙矾 石，掺加粉煤灰活性混合材后，相对降低了c ，a 的含量；同时，因粉煤灰的二次水 化反应，硬化水泥石中c “o h ) ，浓度降低，使高盐基的水化铝酸钙水解成为极限 石灰浓度较低的低盐基水化铝酸钙，因而消除或减小了高硫型水化硫铝酸钙( 钙 矾石) ( 3 c a o 舢，o ，3 c a s o 。3 1 h ，o ) 形成的可能性，而更易形成低硫型水化硫铝酸 钙。低硫型水化硫铝酸钙( 3 c a o a 1 ，o ，c a s 0 。1 2 h ，o ) 在远离含铝固相表面的液相 中以分散状析出结晶，填充原来的充水空间，不仅不会产生有害的内应力，而且还 可作为水泥石的有效组织结构，增强水泥石的密实度和强度。另一方面，水泥石中 c a ( o h ) ，成分的减少和毛细孔中液相石灰浓度降低，使石膏结晶侵蚀强烈受阻。 因为，只有在c a 2 + 和s o ；的浓度积大于或等于石膏的浓度积时才可能发生石膏结 晶，并且只有在石膏结晶量超过一定数值时才能对混凝土产生明显的侵蚀作用 4 3 】 7 结论与建议 7 1 结论 本论文主要对涂刷涂料的混凝土试件的吸水率、碳化深度、氯离子渗透及胶 砂试件的抗化学侵蚀进行了一系列的研究，分析了涂料种类、涂刷遍数及水灰比 等对混凝土耐久性能的影响，得出如下结论： ( 1 ) 涂刷涂料后混凝土的吸水率显著降低。随着浸水时间的增长，吸水率逐 渐在增大，一定时间后趋于平稳；随着水灰比的增大，不论基准件还是涂刷涂料 的试件混凝土的吸水率都显著增大；随着涂刷遍数的增多，吸水率在降低；降低 混凝土试件吸水率的能力s 最强，j f 、b s 一2 次之，r s 2 2 1 最差。 ( 2 ) 涂刷涂料的混凝土试件阻止二氧化碳扩散的能力有显著的提高；涂刷涂 料的混凝土试件和基准件随着碳化时间的增长，碳化深度在加大；随着涂刷遍数 的增多，碳化深度显著减小，最终二氧化碳的扩散会达到一个较为稳定的水平： 涂刷涂料的混凝土试件阻止二氧化碳扩散的能力同水灰比有关，水灰比降低，阻 止二氧化碳扩散的能力提高：涂料阻止二氧化碳扩散的能力按下列顺序排列：s j f b s 一2 r s 2 2 一l 。 ( 3 ) 涂刷涂料的混凝土试件抵抗氯离子渗透的能力有显著的提高；涂刷涂料 的混凝土试件和基准件随着龄期的增长，电量在减小；随着涂刷遍数的增多，涂 刷r s 2 2 1 、b s 一2 、j f 的试件通电量在减少，涂刷s 的试件几乎没有影响；涂刷 涂料的混凝土试件抵抗氯离子渗透的能力同水灰比有关，水灰比降低，抵抗氯离 子渗透的能力提高；掺粉煤灰的混凝土试件抵抗氯离子渗透的能力增强；涂料抵 抗氯离子渗透的能力按下列顺序排列：s j f b s 一2 r s 2 2