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        草酸對(duì)混凝土耐久性能的影響

        2021-07-05 12:59:20羅小東蒲東楊貴淞朱金華張奔
        商品混凝土 2021年5期
        關(guān)鍵詞:漿水草酸耐久性

        羅小東,蒲東,楊貴淞,朱金華,張奔

        (成都建工賽利混凝土有限公司,四川 成都 610015)

        0 前言

        混凝土作為一種當(dāng)代最主要、用量最大的建筑材料,其性能與經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢較其他建筑材料更突出。混凝土具有可澆筑性、經(jīng)濟(jì)性好、強(qiáng)度高耐久性好等優(yōu)點(diǎn)。但是混凝土又具有很大的弱點(diǎn),比如其在復(fù)雜條件下強(qiáng)度會(huì)衰減變化[1]。

        在極少混凝土生產(chǎn)企業(yè)中,存在使用含有草酸的地下水、漿水作為拌合用水的情況,所生產(chǎn)出的混凝土可能會(huì)有較大的質(zhì)量隱患。

        由于草酸能與混凝土中水泥水化產(chǎn)物 Ca(OH)2、碳酸鈣反應(yīng),也常被用于混凝土污漬的清除,少部分混凝土生產(chǎn)企業(yè)利用草酸對(duì)混凝土運(yùn)輸車輛及其它受混凝土臟污的地方進(jìn)行清洗。現(xiàn)行國家或地方環(huán)護(hù)法律中生產(chǎn)廢水相關(guān)管理?xiàng)l例規(guī)定預(yù)拌混凝土生產(chǎn)廢水不得外排,部分企業(yè)為節(jié)約生產(chǎn)成本并未按照相關(guān)廢棄物處理辦法請(qǐng)專業(yè)公司處理,直接將使用草酸清洗后的廢水排入生產(chǎn)廢水回收利用系統(tǒng),用于混凝土拌合生產(chǎn)。

        因此確定將含草酸的地下水和漿水作為拌合用水對(duì)混凝土性能的影響對(duì)于指導(dǎo)生產(chǎn)質(zhì)量控制及混凝土耐久性風(fēng)險(xiǎn)防控具有重要的意義。

        1 試驗(yàn)材料

        1.1 水泥

        選用都江堰拉法基水泥有限公司的 P·O42.5R 普硅水泥,性能如表1 所示。

        表1 水泥的物理力學(xué)性能

        1.2 粉煤灰

        選用成都博磊粉煤灰循環(huán)開發(fā)有限公司的Ⅰ級(jí)粉煤灰,性能如表2 所示。

        表2 粉煤灰的主要指標(biāo) %

        1.3 磨細(xì)礦渣粉

        礦粉選用峨眉山宏源資源循環(huán)開發(fā)有限公司 S75 級(jí)礦粉,性能如表3 所示。

        表3 礦粉的主要指標(biāo)

        1.4 泵送劑

        選用北京中安遠(yuǎn)大科技發(fā)展有限公司 ZA-I 型聚羧酸高性能泵送劑。

        2 試驗(yàn)方案

        為模擬使用含草酸的地下水,在草酸中加入飲用水稀釋至 pH 值為 5.0、6.0 和 7.0 的草酸溶液,取溶液進(jìn)行混凝土拌制;為模擬使用含有草酸的漿水,在漿水中加入草酸調(diào)整 pH 值為 7.5、8.2、9.2、10.2 的漿水混合溶液,攪拌均勻后取溶液進(jìn)行混凝土試驗(yàn)。對(duì)比分析草酸對(duì)拌合物工作性能、力學(xué)和抗氯離子性能的影響。

        參照我公司的 C30 混凝土配合比進(jìn)行試驗(yàn),配合比如表4 所示。

        表4 C30混凝土試驗(yàn)配合比 kg/m3

        3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

        3.1 草酸溶液、漿水混合溶液對(duì)混凝土和易性及力學(xué)性能的影響

        按方案在相同配合比條件下,將不同 pH 草酸溶液與 pH 值為 7.2 的飲用水進(jìn)行對(duì)比,將不同 pH 值的漿水混合溶液與 pH 值為 11 的漿水進(jìn)行對(duì)比,試驗(yàn)結(jié)果如表5。

        由表5 試驗(yàn)坍落度和擴(kuò)展度可知,不同 pH 值的草酸溶液、漿水混合溶液對(duì)混凝土的和易性影響較小,可能是現(xiàn)有聚羧酸外加劑為酸性,與草酸不發(fā)生反應(yīng)。

        表5 草酸溶液、漿水混合溶液試驗(yàn)結(jié)果

        在兩種情況下,隨著拌合用水的 pH 值降低,混凝土的凝結(jié)時(shí)間也隨之明顯增長,但草酸溶液相較漿水混合溶液對(duì)凝結(jié)時(shí)間影響更大。草酸溶液延長凝結(jié)時(shí)間可能是因?yàn)樵谒磻?yīng)快速放熱期,草酸與水泥顆粒進(jìn)行反應(yīng),并在水泥顆粒表面析出不溶的草酸鈣,逐漸在顆粒周圍形成密實(shí)的包裹層,進(jìn)一步減緩水泥顆粒的水化,最終導(dǎo)致凝結(jié)時(shí)間的變長。漿水混合溶液對(duì)凝結(jié)時(shí)間影響原理則不同,草酸加入漿水后,草酸中的 H+和漿水中的 OH-中和,降低水泥水化過程中 C3S 的溶解、成核速率,從而延緩凝結(jié)。C3S 的溶解、成核反應(yīng)如下:

        C3S 的溶解:

        CX- S - Hy的沉淀:

        由反應(yīng)式可知,OH-濃度降低,C-S-H 凝膠的成核速度也會(huì)降低,凝結(jié)時(shí)間變長,因此在生產(chǎn)企業(yè)中大量使用草酸對(duì)混凝土凝結(jié)時(shí)間有較大風(fēng)險(xiǎn)。

        如圖1 所示,在使用草酸溶液時(shí),在 pH 分別為7、6、5 時(shí),相對(duì) pH 為 7.2 的飲用水,強(qiáng)度分別增長4.0%、5.7% 和 8.7%。表現(xiàn)為隨著草酸溶液 pH 的降低,混凝土 R7 與 R28 強(qiáng)度有一定升高,這可能是草酸溶液中草酸與原材料中鈣質(zhì)材料和水化生成的 Ca(OH)2反應(yīng)生成不溶于水的草酸鈣,并結(jié)晶成核,其本身具有一定強(qiáng)度,故在試塊抗壓強(qiáng)度上有小幅增長。

        圖1 拌合物 pH 值對(duì)混凝土強(qiáng)度的影響

        但草酸與原材料中的 CaCO3反應(yīng)生成草酸鈣與 CO2的過程,易導(dǎo)致內(nèi)部生成較多的有害孔,在后期對(duì)有害離子的抗侵蝕能力變?nèi)?,且草酸與 Ca(OH)2生成草酸鈣的反應(yīng)通常還會(huì)消耗混凝土內(nèi)部 Ca(OH)2結(jié)晶體,使得混凝土在后期碳化作用下 Ca(OH)2被消耗,引起混凝土內(nèi)鋼筋表面失去鈍化膜而產(chǎn)生銹蝕、膨脹,最終導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)耐久性變差。因此草酸溶液的使用需考慮其對(duì)混凝土耐久性的影響。

        使用漿水混合溶液時(shí),其 pH 對(duì)混凝土 7d 和 28d抗壓強(qiáng)度影響較小,與使用草酸溶液結(jié)論不一致,可能是因?yàn)椴菟嵩诩尤霛{水中后立即與其中的鈣質(zhì)材料和未水化水泥等物質(zhì)反應(yīng)生成草酸鈣,而混凝土內(nèi)部水化反應(yīng)生成物為堿性,僅僅降低混凝土拌合用水 pH 從而影響拌合物性能。

        3.2 漿水混合溶液對(duì)混凝土耐久性能的影響

        按 GB/T 50082—2009《普通混凝土長期性能和耐久性能實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)》對(duì)上述試驗(yàn)中試塊處理后進(jìn)行電通量測試,探索含草酸漿水對(duì)混凝土抗氯離子性能影響。測試結(jié)果見表6。

        表6 不同時(shí)間試樣電流與電通量值

        由表6,隨著漿水混合溶液 pH 的降低,混凝土的電通量值逐漸增大,混凝土耐久性能降低。使用正常漿水時(shí)電通量值為 1791C,為 Q-Ⅲ 等級(jí),當(dāng) pH 值達(dá)到7.5 時(shí)混凝土中氯離子滲透最嚴(yán)重,達(dá)到 Q-Ⅱ 等級(jí)。這可能是由于相對(duì)正常漿水而言,加入草酸后 OH-逐漸被消耗,在一定程度上抑制了混凝土中粉煤灰的火山灰反應(yīng),導(dǎo)致混凝土的強(qiáng)度與耐久性受損。

        粉煤灰含大量的無定形或玻璃態(tài)氧化硅,能與Ca(OH)2反應(yīng)生成 C-S-H (式 (1)),或在鈣硅摩爾比較高時(shí),發(fā)生二次火山灰反應(yīng)(式 (2))。并且,粉煤灰中通常含有活性氧化鋁能與 Ca(OH)2反應(yīng)生成鋁酸鈣水化物(式 (3))。反應(yīng)式如下:

        二次火山灰反應(yīng):

        火山灰反應(yīng)為固相體積增大反應(yīng),隨著反應(yīng)的進(jìn)行混凝土內(nèi)的最終孔隙率將會(huì)減少,能有效降低混凝土中的有害孔隙,提升混凝土的抗氯離子侵蝕性能及后期強(qiáng)度。因此,可以說草酸對(duì) OH-的消耗在一定程度上會(huì)降低混凝土的耐久性。

        4 結(jié)論

        使用草酸溶液作為拌合用水時(shí),拌合時(shí)形成大量草酸鈣并結(jié)晶成核,混凝土強(qiáng)度有一定升高,但容易導(dǎo)致拌合物凝結(jié)時(shí)間明顯延長,且在內(nèi)部生成較多有害孔,消耗混凝土內(nèi)部堿度,有耐久性降低風(fēng)險(xiǎn)。生產(chǎn)過程需注意避免草酸在使用過程中的泄露及生產(chǎn)器具清洗后殘留。

        使用漿水混合溶液作為拌合用水時(shí),對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度影響較小,但同樣延長凝結(jié)時(shí)間。且隨著漿水 pH的不斷降低,在一定程度上抑制了混凝土中的火山灰反應(yīng),導(dǎo)致混凝土的耐久性受損。

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