混凝土耐久性-专题讲座全解.ppt

水泥石中的碱金属离子与骨料中的活性硅反应在骨料表面形成碱－硅凝胶 三问？ 混凝土硫酸盐侵蚀的含义是什么？ 硫酸盐侵蚀机理和劣化模式有哪些？ 如何改善混凝土抗硫酸盐侵蚀？ 离子在混凝土中的扩散Diffusion of Ion in Concrete 离子的扩散行为虽与水在混凝土中的传输不同，但它要以水为载体. 离子(或原子、分子)在浓度梯度作用下运动，即扩散过程，传输速率由菲克(Fick)定律求得 1、混凝土的硫酸盐侵蚀 什么导致混凝土硫酸盐侵蚀： 硫酸根离子与混凝土中水泥水化物之间的化学反应，形成有害化合物，而导致混凝土组成和结构的破坏、强度下降、表面剥离等。 硫酸根离子的来源： 海水 有机物环境(垃圾、生活污水) 工业废料 土壤和地下水 水泥熟料 2、混凝土硫酸盐侵蚀的劣化模式 劣化模式 体积膨胀 开裂 (从构件的边缘和角上开始) 表面剥落、质量损失 强度下降 外观劣化——发白 最易发生的部位 大坝 桥墩 地下基础 水工设施 受硫酸盐侵蚀的混凝土或砂浆试件外观劣化 3、混凝土硫酸盐侵蚀机理 钙矾石型 石膏型 碳硫硅钙石型 C-S-H分解型 (1)钙矾石型侵蚀机理 外部硫酸根离子渗入水泥石中； 与单硫型硫铝酸钙、氢氧化钙、水反应形成钙矾石： C4AH18+2CH+3SO42－+12H = C6A?3H32 3C3A＋3CH+3SO42－+29H＝ C6A?3H32 钙矾石体积膨胀产生拉应力 拉应力导致混凝土内部开裂破坏 钙矾石形成 钙矾石形成的膨胀机理 结晶压力机理: 膨胀由钙矾石晶体生长引起的，产生结晶压力作用于水泥石内部和骨料表面过渡区 肿胀理论 Swelling theory: 膨胀是由孔溶液中钙矾石结晶生长引起的，晶体有很大的表面，吸附水而肿胀，导致膨胀压力。 (2)石膏型侵蚀机理 化学反应： 硫酸根离子渗入混凝土中的水泥石内；与氢氧化钙CH反应，形成二水石膏： CH + ? + H = C?H2 石膏的形成导致强度降低，接着膨胀、开裂，将水泥石转变为糊状、无胶结力的物质。 硫酸盐溶液中阳离子(Na+ 、Mg2+ )的不同，可能将C-S-H凝胶转变为石膏。 硫酸钠侵蚀: Na2SO4+CH+2H = CaSO4.2H2O+2NaOH 硫酸镁侵蚀：MgSO4+CH+2H = CaSO4.2H20+Mg(OH)2 3MgSO4+3C-S-H+18H = 3(CaSO4).2H2O +3Mg(OH)2 +2SiO2.H2O XRD分析证明： 上图，未受侵蚀的水泥石的XRD图谱； 中图，表明石膏型硫酸盐侵蚀，在水泥石中形成大量石膏； 下图，表明钙矾石和石膏混合型硫酸盐侵蚀 G: 石膏 E: 钙矾石 (3)碳硫硅钙石型硫酸盐侵蚀 硫酸根离子SO42－侵入硬化混凝土中，在碳酸盐或CO32－或CO2的存在下，与C-S-H凝胶反应就形成碳硫硅钙石 ： 3Ca2＋+ SO42－+ CO32－+ C-S-H+12H2O ?Ca3[Si(OH)6](CO3) (SO4)·12H2O 碳硫硅钙石是一种糊状、松软、毫无胶凝能力的物质,因而能使水泥石变成糊状、无粘结力的物体，严重破坏混凝土的结构，降低混凝土的强度。同时也会伴有膨胀性破坏，但膨胀性破坏不是碳硫硅钙石导致的典型破坏。 碳硫硅钙石的形成反应机理图 碳化层，pH7-8 反应区 水泥 水化物 硫酸盐 溶液 碳硫硅钙石 碳硫硅钙石型硫酸盐侵蚀 最易发生的部位 低温环境下的结构物 潮湿环境下的结构物 地下基础 桥墩 隧道 (4)C-S-H分解型硫酸盐侵蚀 当硫酸盐溶液或含硫酸盐的地下水、污水作用于混凝土，将导致混凝土表面水泥石中C-S-H凝胶分解成硅凝胶： 2CaOSiO2·1.17H2O + SO42－ 2.83H2O ?2CaSO4·2H2O + SiO2·nH2O + OH － 破坏C-S-H的胶凝结构，因而使水泥石丧失了粘结性，混凝土强度降低，表面软化 4、如何阻止混凝土的硫酸盐侵蚀 提高混凝土的质量和抗渗性(减水剂) 限制水泥中 C3A 矿物含量＜5％ 中低热水泥 抗硫酸盐水泥 掺加火山灰质矿物外加剂 15% 偏高岭土 35% 磨细矿渣 6% 硅灰 20% 低钙粉煤灰 表面涂层保护 水泥中C3A含量与混凝土试件体积变化 时 间(年) 膨胀率(％) 混凝土膨胀率与水灰比的关系 时间(年) 膨胀率(％) 粉煤灰对混凝土膨胀率的影响 时间(年) 膨胀率(％) 2. 盐结晶引起开裂 混凝土因孔隙里盐发生结晶的物