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        基于硫酸鹽侵蝕與環(huán)境多因素耦合作用下的混凝土耐久性研究

        2017-11-24 06:20:38吳曉春武漢科技大學(xué)湖北武漢430077
        化工管理 2017年32期
        關(guān)鍵詞:耐久性混凝土

        吳曉春(武漢科技大學(xué),湖北 武漢 430077)

        基于硫酸鹽侵蝕與環(huán)境多因素耦合作用下的混凝土耐久性研究

        吳曉春(武漢科技大學(xué),湖北 武漢 430077)

        本文主要探究硫酸鹽侵蝕與環(huán)境多因素耦合作用下的混凝土耐久性,通過實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì),研究混凝土在硫酸鹽侵蝕以及環(huán)境多因素耦合作用下的性質(zhì)變化,并且提出提升混凝土耐久性的策略。通過本文的研究發(fā)現(xiàn),在應(yīng)用混凝土進(jìn)行建設(shè)的過程中,合理的設(shè)置水膠比,添加防腐外加劑,同時設(shè)置隔離層,可提高混凝土對硫酸鹽的抗腐蝕能力,進(jìn)而提升了混凝土的使用耐久性。

        硫酸鹽侵蝕;耦合作用;混凝土;耐久性

        混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性受到硫酸鹽侵蝕的影響,并且與環(huán)境多因素耦合作用具有明顯的關(guān)聯(lián)[1]。另外,在混凝土的耐久性影響因素中,PH值以及水膠比等因素均會對耐久性產(chǎn)生明顯的影響[2],因此,本研究探究硫酸鹽侵蝕與環(huán)境多因素耦合作用下的混凝土耐久性,望為混凝土耐久性的提升帶來一定的借鑒。

        1 實(shí)驗(yàn)材料及方法

        1.1 實(shí)驗(yàn)材料

        本次研究中選擇實(shí)驗(yàn)材料對混凝土的硫酸鹽腐蝕情況進(jìn)行分析,其實(shí)驗(yàn)材料如下:

        (1)P·I42.5級水泥

        (2)SRPC42.5高抗硫酸鹽硅酸鹽水泥

        (3)Ⅱ級粉煤灰

        (4)河砂

        (5)自來水

        (6)減水劑(江蘇博特新材料有限公司生產(chǎn))

        (7)混凝土高效防腐劑

        1.2 試件制備以及試驗(yàn)

        在工程施工中,混凝土的結(jié)構(gòu)會受到硫酸鹽耦合的侵蝕作用,其主要是由于混凝土中的膠凝體系發(fā)生破壞,在本次實(shí)驗(yàn)中,對混凝土的膠砂進(jìn)行分析。采用聚羧酸減水劑調(diào)整工作,保證其流動度在200mm,成型在40×40×160mm的試件,養(yǎng)護(hù)28d。同時本次實(shí)驗(yàn)采用干濕交變制度來加速實(shí)驗(yàn),將膠砂試件放入侵蝕溶液中,溶液的PH值為1.0,硫酸離子的濃度為20000mg/L,在浸泡16h后晾干,在60℃的烘箱中進(jìn)行烘干處理,持續(xù)6h,在取出后,冷卻1h,測試材料在不同循環(huán)次數(shù)下的性能變化。

        1.3 膠砂耐腐蝕實(shí)驗(yàn)

        膠砂試件的測試時間為28d,初始的質(zhì)量為M0,在實(shí)驗(yàn)過程中,制定循環(huán)次數(shù),計(jì)算材料的腐蝕率。如公式1所示。

        W=(M0-Mi)/M0×100%公式1

        在公式1中,W為材料的腐蝕率,M0為材料的初始質(zhì)量,Mi為循環(huán)后的材料質(zhì)量。在水泥膠砂材料測試28d后,其抗壓強(qiáng)度為C0,對其進(jìn)行腐蝕實(shí)驗(yàn)測試,在規(guī)定循環(huán)次數(shù)的情況下,其抗壓強(qiáng)度設(shè)定為Ci,通過公式2,可以對其強(qiáng)度損失率進(jìn)行計(jì)算。

        L=(C0-Ci)/C0×100%公式2

        在公式2中,L為膠砂材料的強(qiáng)度損失率,C0為膠砂材料的初始抗壓強(qiáng)度,Ci為循環(huán)后膠砂試件的抗壓強(qiáng)度。通過公式1和公式2的計(jì)算,可以確定膠砂的耐腐蝕情況。

        2 結(jié)果與分析

        2.1 水膠比對耐腐蝕性的影響分析

        通過表2可見,膠砂材料在干濕環(huán)境下,質(zhì)量會出現(xiàn)先增高后降低的變化,其剝蝕率表現(xiàn)為先負(fù)值后正值,隨著循環(huán)次數(shù)的不斷增加,材料的質(zhì)量會之間損失,表現(xiàn)為剝落。水膠比降低,會在一定程度上提升材料的密實(shí)度,外界水分難以侵蝕材料,從而會降低材料的剝蝕率。當(dāng)水膠比控制在0.3以下時,可以將材料的強(qiáng)度損失率控制在10%以下。

        表2 水膠比對耐腐蝕性的影響分析表(%)

        C-0.5 C-0.3剝蝕率強(qiáng)度損失率剝蝕率強(qiáng)度損失率0 0 0 0-0.5-10-0.6-8-0.5-12-0.6-10 1 8 1.4 6 3.2 12 3.0 9

        2.2 不同水泥種類對耐腐蝕性的影響

        不同的水泥品種對膠砂的耐腐蝕性影響如表2所示,值得注意的是,抗硫酸鹽硅酸鹽水泥具有C3A,與硅酸鹽水泥相比,其強(qiáng)度損失率會呈現(xiàn)降低的趨勢,并且會逐漸提升抗硫酸鹽的腐蝕性。

        2.3 礦物摻合料對耐腐蝕性的影響

        在粉煤灰摻入后,會降低體系中的C/S ,研究表明,在酸性的環(huán)境中,C/S凝膠穩(wěn)定性相對較好,可以在一定程度上提升材料的耐腐蝕性,同時在硫酸鹽的耦合侵蝕作用下,硫酸離子會在一定程度上激活粉煤灰的活性;并且在潮濕的環(huán)境下,材料的強(qiáng)度會呈現(xiàn)不斷增長的趨勢,但是在持續(xù)的摻入下,會增大材料的孔隙率,外界有害物質(zhì)會滲入材料的內(nèi)部,在干濕交變作用下,導(dǎo)致內(nèi)部生成結(jié)晶產(chǎn)物,造成表層的剝落。

        2.4 PH值對抗腐蝕能力的影響

        由于混凝土中的PH值降低時,可以導(dǎo)致材料中部分水化產(chǎn)物分解,在PH值為12-12.5時,氫氧化鈣以及水化鋁酸鈣可能出現(xiàn)溶解,并且析出鈣礬石晶粒,當(dāng)PH值為10.6-11.6時,會析出石膏晶粒;當(dāng)PH值小于10.6時,會析出鈣礬石,導(dǎo)致混凝土的黏結(jié)能力降低,從而降低對硫酸鹽的抵抗能力。

        3 混凝土抗腐蝕能力提升建議

        3.1 合理控制水膠比

        在水膠比的控制中,隨著水膠比的降低,會在一定程度上提升混凝土的密實(shí)度,提升抵抗腐蝕的能力,將水膠比控制在0.3左右,可保證混凝土的剝落率控制在10%以內(nèi)。

        3.2 合理選擇水泥品種

        盡量選擇剝蝕率以及強(qiáng)度損失損失率低的水泥,其可以抑制石膏以及水化物的產(chǎn)生,從而可以有效的提升混凝土的抗腐蝕能力。

        3.3 選擇C3 A含量適中的水泥

        選擇C3A含量相對較低,并且標(biāo)號相對較高的水泥。如果C3A的含量過低,會導(dǎo)致水泥的早期強(qiáng)度受到影響,需要盡量選擇C3A含量相對較低的水泥,但是要保證其合理的范圍。

        3.4 摻加礦物摻合料

        硫酸離子濃度較高的情況下,石膏以及鈣礬石的析出速度同樣會明顯降低,從而可以有效的提升混凝土對硫酸鹽的抗腐蝕能力。

        3.5 鋪設(shè)保護(hù)層

        通過保護(hù)層,可以將混凝土與環(huán)境隔離,繼而可以降低硫酸離子的濃度,同時可以降低硫酸離子與其他物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng),進(jìn)而可以有效的提升混凝土的抗腐蝕能力。

        4 結(jié)語

        在本次研究中,主要探究基于硫酸鹽侵蝕與環(huán)境多因素耦合作用下的混凝土耐久性。在提升混凝土耐久性的研究中,需要對其水膠比、水泥類型、防腐蝕外加劑以及PH等因素進(jìn)行綜合考慮。

        [1]滿都拉,銀花,曹美琪.鹽漬土環(huán)境下混凝土耐久性研究進(jìn)展[J].硅酸鹽通報,2016,(11):3575-3580.

        吳曉春(1973-),女,武漢科技大學(xué)城市建設(shè)學(xué)院,副教授,碩士,主要從事混凝土結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計(jì)的教學(xué)與科學(xué)研究工作。

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