工程材料论文讲述

1、混凝土硫酸盐侵蚀性研究班级：20111044 学号：2011104407 姓名：xxx 电话要随着社会的发展和科技的进步，混凝土已逐渐成为我们建筑行业不可缺少的材料，它推动了建筑行业的发展和进步，但是我们不难发现混凝土也有很多的缺陷，比如说混凝土的硫酸盐侵蚀性，它会影响混凝土的性能。硫酸盐侵蚀性的反应机理，反应类型，反应类型，评定指标已经成为人们十分关心的问题。当然，这次关于混凝土硫酸盐侵蚀性的研究也确实让我对它有了更深一层的理解。关键字 混凝土 缺陷 硫酸盐侵蚀性 反应机理 反应类型 反应类型 评定指标 理解1 硫酸盐侵蚀的反应机理混凝土硫酸盐侵蚀破坏是一个复杂的物

2、理化学进程 ,机理十分复杂 ,其实质是环境中的 SO42 -进入混凝土内部 ,与水泥石的某些固相组分发生化学反应而生成一些难溶的盐类矿物 ,这些难溶的盐类矿物一方面由于吸收了大量水分子而产生体积膨胀 ,形成膨胀内应力 ,当膨胀内应力超过混凝土的抗拉强度时就会导致混凝土的破坏1 ,2,另一方面也可使硬化水泥石中 CH和 C- S- H等组分溶出或分解 ,导致混凝土强度和粘结性能损失硫酸盐侵蚀属于结晶性侵蚀 ,根据结晶产物和破坏形式的不同 ,一般把硫酸盐侵蚀分为五种类型 :1, 钙矾石结晶型;2, 石膏结晶型;3, MgSO4溶蚀 - 结晶型;4碱金属硫酸盐结晶型;5, 碳硫硅钙石结晶型.2 硫酸

3、盐侵蚀的反应类型硫酸盐侵蚀可分为化学硫酸盐侵蚀和物理硫酸盐侵蚀两类。化学硫酸盐侵蚀要有硫酸根离子参与化学反应，物理硫酸盐侵蚀一般指硫酸盐结晶。2.1化学硫酸盐侵蚀硫酸盐侵蚀属于膨胀结晶性化学侵蚀。一般来讲，硫酸盐侵蚀主要涉及有以下化学反应。2.1.1钙矾石晶体的侵蚀破坏 由于在海水、地下水以及某些工业废水中常常含有钠、钾、铵等可溶性的硫酸盐。当水泥基材料接触到侵蚀液后就会发生侵蚀破坏。以Na：SO。水溶液为例 涉及一下反应：Na2S04·10H20+Ca(OH)2一CaS04·2H20+2NaOH+8H203(CaS04·2H20)+4CaO·A1203

4、·12H20+14H20一3CaO·A1203·3CaS04·31H20+Ca(OH)22.1.2石膏晶体的侵蚀破坏在水泥中加入石膏可以对水泥起到调凝、控制干缩和增强强度的作用，但是石青的量必须合理控制，否则也会引起内部侵蚀破坏6】。根据浓度积规则，只有当SO。2一和Ca2+的浓度积大于或等于CaSO的浓度时，才能有石膏晶体析出。若水泥石的毛细孔中被饱和的Ca(OH)z溶液充满，当硫酸盐浓度较高时，不仅会有钙矾石生成，而且还会有石膏晶体析出。Na2S04+Ca(OH)24Ca2+S042一十2Na+20HCa2+S042一+2H20÷CaSO,

5、·2H2O从Ca(OH)：转化为石膏，体积增大124倍t，这也将会增大水泥石的内部应力，对混凝土结构造成破坏2.1.3MgSO；盐的双重侵蚀破坏当含有M92+的硫酸盐溶液与混凝土接触时，除了发生硫酸盐侵蚀外，还会发生镁盐侵蚀，二者复合叠加，使MgSO。侵蚀成为硫酸盐侵蚀中破坏作用最大的一种。MgS04+Ca(OH)2十2H20CaS04·2H20+Mg(OH)z3MgS04+4CaO·A1203·12H20+20H20+2Ca(OH)2-3CaO·A1203·3CAS04·31H20+3Mg(OH)23CaO·2S

6、i0·3H20+3MgSO,+8H20一3Mg(OH)2+3(CaS04·2H20)+2H2Si032Mg(OH)2+2H2Si03-,-2MgO·2Si02·3H20+H20在生成Mg(OH)：的同时，在Mg(OH)2层里面也有部分石膏和钙矾石生成，它们是鼢2一和Ca(oH)。反应生成的8。由于孵+和S042一都要与Ca(OH)。发生作用，会因此消耗掉大量的Ca(OH)。，造成水泥石内部的pH值下降，破坏了水化硅酸钙c_S-H水化产物稳定存在的环境。为保持溶液的pH值稳定，增加自身的稳定性，水化硅酸钙胶体C-孓H要不断分解，释放出石灰，但释放出来的石灰

7、并没有能够增加pH值，而是继续与MgS04反应生成更多的Mg(OH)：和CaSO,·2H：0；此外，反应中生成的石膏晶体或钙矾石晶体都会引起混凝土体积膨胀，同时，反应将Ca(OH)2转化为Mg(OH)：；又由于M孑+、皤+具有相同的化合价和相近的离子半径，所以，二者能很好地结合，故MgSO。易与Ca(OH)z作用生成石膏、氢氧化镁和硅胶。随着反应的进行，Mg(OH)。不断增加，硅胶与Mg(OH)。也将发生反应，生成水化硅酸镁(M-S-H)。水泥石中主要靠水化硅酸钙胶体C_孓H。2.2物理硫酸盐侵蚀由于在硫酸盐侵蚀实验中采用的是浸烘循环的实验方法，混凝土始终处于干湿交替循环的状态中，在

8、此过程中，进入混凝土中未发生化学反应的Na。SO。和MgSO。不断地处于吸水膨胀和脱水收缩的状态：Na2S04+10H20军=±Na2S04·10H20；MgS04+H20#jMgS04·H20+5H20#=±MgSOI·6H20+H20#jMgS04·7H20。混凝土孔隙中的碱金属硫酸盐浓度高时就会有盐结晶析出，产生极大的结晶应力和体积膨胀而使混凝土破坏。特别是当结构物的一部分浸入盐液，另一部分暴露在干燥空气中时，盐液在毛细管作用下升至水平以上部分然后蒸发，盐液浓缩而析出晶体。这种盐的结晶作用的最终结果是使混凝土开裂而强度降低。到腐

9、蚀的后期，混凝土强度急剧降低，这是因为随着腐蚀的加剧，混凝土内部结构变得酥松。而且在腐蚀的后期，Na。SO。溶液中混凝土强度急剧降低，这是因为随着浸烘循环次数的增加，盐的结晶作用占主导地位，而且Na。SO。结晶直接生成Na2S04·10H20，而MgSO。却是一个由MgSO。·H。O逐渐到MgSO。·7HzO的过程，其破坏力远远小于Na2S04·10H20r。3 硫酸盐侵蚀的反应特征Thaumasite（硅质石膏 ）的生成对混凝土结构的破坏比钙矾石更为严重, 其生成反应是以硬化水泥石中的水化硅酸钙( CSH) 为反应物。CSH 是所有波特兰水泥水化结构中

10、的主要胶结材料, 因此,Thaumasite 的生成减弱了水泥石的胶结性, 引起强度下降, 使水泥石转化为糊状的无胶结性、 无强度的物质。但是,它并不像钙矾石破坏能够引起宏观上较为明显的膨胀和开裂, 便于检测及观察, 而是一种渐进的侵蚀, 但侵蚀处强度迅速降低的解体式破坏形式。根据S.A. Hartshorn 等的最新实验研究5, 石灰石硅酸盐水泥砂浆试样在 5 硫酸盐溶液浸泡下, 126d 后试样表面变酥且呈浆糊状, 而芯部结构仍正常, 但试样并未出现体积膨胀6, 成份分析也证实没有钙矾石生成, 而是在 CO32-参与下生成了Thaumasite( CaSiO3#CaCO3#CaSO4#15

11、H2O) 。4 硫酸盐侵蚀的评定指标关于混凝土硫酸盐侵蚀破坏的标准尚有不同的看法.我国的 G BJ82 - 85 普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法 标准和 混凝土结构工程耐久性施工指南 规定 ,用 1:3.5 的水泥胶砂加压成型 ,使成 10 × 10 × 30mm 的长方体试块 ,根据六个月同龄期的水泥胶砂试体在侵蚀溶液中和无侵蚀性自来水中浸泡后抗折强度之比值. 美国的 ASTM 标准规定 ,当重量损失超过 5 % ,长度膨胀大于 0. 4 ,强度损失大于25 %时认为已发生了侵蚀破坏23 ,24 ,25 ,26 ,27.通过对国内外有关资料的分析研究 ,作者认为至少

12、存在二大问题 :一是很难确定以多大的膨胀率作为判据 ,因为对膨胀率相同的同种混凝土而言 ,不同的结构式和使用部位形成的受限膨胀与非受限膨胀对混凝土的破坏作用不同 ,比如其使用于隧道的拱顶与使用于边墙或底部的膨胀破坏机理是不同的28;二是不同种类的硫酸盐的侵蚀破坏机理有所不同 ,比如与硫酸钠相比 ,硫酸镁对水泥混凝土的侵蚀破坏除了生成石膏与钙矾石破坏以外 ,还生成松软无胶结能力的氢氧化镁 ,以及分解水化硅酸钙 ,也是导致水泥石结构破坏的重要原因.研究混凝土硫酸盐侵蚀破坏标准时 ,必须综合考虑以下几个因素 :(1) 试件的表观情况 ;(2) 试件的重量变化、 长度变化、 体积密度变化和孔隙率的变化 ;(3) 试件的强度、 弹性模量的变化5 结束语混凝土的硫酸盐侵蚀极为复杂 ,影响因素繁多。因而对其机理尚未形成统一说法 ,阻碍了对混凝土硫酸盐侵蚀的进一步研究。为提高对混凝土硫酸盐侵蚀的认识 ,各种侵蚀产物所造成的影响以及它们的形成条件都应该弄清楚 ,特别是石膏和碳硫硅钙石。硫酸盐侵蚀是混凝土侵蚀中最广泛和最普