混凝土与水泥制品
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利用干湿交替法对大掺量矿渣硅酸盐水泥砂浆抗硫酸盐性能的研究

作者:毕 乾, 张亚梅    单位:东南大学江苏省土木工程材料重点实验室, 南京 211189

关键词:矿渣;水泥砂浆;抗硫酸盐侵蚀;干湿交替;膨胀率

摘  要:采用干湿交替的试验方法对大掺量矿渣硅酸盐水泥砂浆的抗硫酸盐侵蚀性能进行了研究。对侵蚀过程中砂浆的体积膨胀率、质量变化以及强度变化进行了测试,并对侵蚀后的砂浆试件进行了微观分析。对比不同侵蚀溶液(分别为Na2SO4溶液和MgSO4溶液)中受侵蚀的砂浆试件发现在短时间浸泡、长时间烘干的循环制度下,在镁盐中受侵蚀的砂浆试件具有较低的膨胀率和质量变化率,强度下降也较小。电镜结果显示在镁盐中受侵蚀的砂浆试件形成了大量无胶凝性的物质,而在Na2SO4溶液中受侵蚀的试件表面孔隙中形成了大量膨胀性的针棒状晶体。

0   前言
  对于地下排水工程或隧道交通工程,水泥混凝土的耐久性问题一直备受关注。为延长这些工程中水泥混凝土的使用寿命,对其耐久性问题开展了广泛研究,尤其是抗硫酸盐侵蚀性能。研究表明,将磨细矿渣掺入混凝土中,可以大大减少水泥用量,改善混凝土微观结构,提高混凝土密实性,增强抗有害介质侵蚀等耐久性能[1]。因此,这项技术在国内外得到了广泛的应用 [2]。研究表明,大掺量矿渣(取代水泥50%以上)硅酸盐水泥的抗硫酸盐性能较普通硅酸盐水泥有明显的改善[3]。
  目前常用美国材料与测试协会(ASTM)的标准评价硫酸盐侵蚀性能:ASTM C452-06 《暴露于硫酸盐中波特兰水泥砂浆的潜质膨胀的测试方法》;ASTM C1012-04 《暴露于硫酸盐溶液中水硬性水泥砂浆长度变化的标准测定方法》。两种方法均采用25mm×25mm×285mm的试件。C452标准中,硫酸盐作为混合物加到砂浆中,然后将试件放入水中浸泡,测定不同龄期试件的长度。C1012标准中,将试件长期浸泡在硫酸盐溶液中(硫酸盐浓度为50g/L),测定不同龄期的长度变化。这两种方法的主要缺点是测试龄期都比较长,并且试件的体积小,成型时微小的变化都可能对试验结果产生显著的影响,从而使试验结果的离散性很大。我国现行标准是GB/T749-2008《硅酸盐水泥在硫酸盐环境中的潜在膨胀性能试验方法》,该标准类似于美国ASTM C452标准,主要通过在水泥中外掺一定量的二水石膏,使水泥中SO3总含量达到7.0%,使得过量的SO42-直接与水泥中影响抗硫酸盐性能的矿物反应产生膨胀,通过测量胶砂试体规定龄期的膨胀率来衡量水泥胶砂的潜在抗硫酸盐性能。昆明铁路局科学研究所[4]曾采用干湿循环的加速方法和现场浸泡的方法进行试验。循环制度为:侵蚀性溶液中(室温)浸泡16h后取出,擦干表面水分,放置1h后80℃恒温烘干6h,取出冷却1h,即为一个循环,每个循环为24h。发现这两种试验方法的结果有较好的一致性。Robert D.Cody[5]等通过试验研究比较了硫酸钠溶液中经历连续浸泡、干湿循环、冻融循环条件下混凝土的膨胀量,结果表明干湿循环中的最大,冻融循环中的次之,连续浸泡中的最小。这说明若要在较短的周期内评判水泥抗硫酸盐侵蚀能力,可以考虑采用干湿交替的方法。

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