1、硫酸鹽對混凝土耐久性的影響姓名：學號：內容摘要混凝土硫酸鹽侵蝕，一直是混凝土耐久性研究中的重要組成部分，隨著西部大開發的進行，對混凝土抗硫酸鹽侵蝕的要求越來越迫切，雖然已經有許多檢測方法、評定標準和模型，但到目前為止我國還沒有一種方法能快速而真實的揭示混凝土硫酸侵蝕的機理。因此，對抗硫酸鹽侵蝕試驗方法進行全面深入的研究就顯得非常迫切。本文簡要介紹了對混凝土硫酸鹽侵蝕問題的國內外的研究背景與研究現狀，深入研究了硫酸鹽作用下混凝土的侵蝕機理以及影響因素，介紹了實驗室研究硫酸鹽作用下混凝土耐久性的相關實驗方法以及防止或減輕混凝土硫酸鹽侵蝕的方法。關鍵詞：混凝土 硫酸鹽 耐久性 侵蝕機理 影響因素 實

2、驗方法 防治措施ABSTRACTThe concrete sulfate attack,has always been an important partinthe research of concrete durability. With the great development of Western China,therequirementsof sulfate corrosion resistanceof concreteis more andmore urgent. Although there have been many detection methods, evaluation

3、 criteria and model, but so farChina hasnt founda method which canquickly andtrulyreveal the mechanism of sulfateattack on concrete. Therefore, sulfate resistance test method for comprehensive and in-depth research is very urgent. This paper briefly introduces the background and the status of the re

4、search at home and abroad of concrete sulfate attack, in-depth studies corrosion mechanism of concrete and influence factors under the action of the sulfate, introduces the experimental method of durability of concrete under the action of sulfate and the methods of preventing or reducing the concret

5、e sulfate attack.KEYWORDS：concrete sulfate durability erosion mechanism influence factors experimental method prevention and control measures目 錄（1） 研究背景（2） 研究現狀 1、國外研究現狀 2、國內研究現狀 3、目前研究的不足之處 4、硫酸鹽侵蝕理論模型 5、研究存在的問題（3） 研究目的（4） 侵蝕機理 1、鈣礬石腐蝕（E鹽破壞） 2、石膏腐蝕（G 鹽破壞） 3、碳硫硅鈣石腐蝕 4、堿金屬硫酸鹽侵蝕 5、硫酸鎂對水化硅酸鈣的腐蝕（5） 影響因素

6、 1、外部因素 2、內部因素（6） 試驗方法 1、三種細碎石混凝土試件在水中及過飽和硫酸鈉溶液中浸泡六個月內的 主要性能的變化規律 2、干濕循環過程中三種混凝土的主要性能的變化過程與變化趨勢（7） 防治措施 1、合理選擇水泥品種 2、提高混凝土密實性 3、采用高壓蒸汽養護 4、增設必要的保護層 5、嚴把施工質量關 6、酸鹽水泥中摻入耐腐蝕性外加劑研究背景 建筑結構是建筑物的主要骨架，而結構的物質基礎是建筑材料。建筑結構的不斷優化和不斷發展導致建筑材料的更新和發展。水泥混凝土是近現代最廣泛使用的建筑材料，也是當前最大宗的人造材料。與其他建筑材料相比，混凝土以其良好的綜合性能已成為樓宇、橋梁、大壩

7、、公路和城市運輸系統等現代化標志的首選材料。據不完全統計，當今世界每年消耗的混凝土量不少于45億立方米，而且在21世紀能穩定增長。在人們的傳統觀念中總是認為混凝土是耐久材料，忽視了混凝土耐久性的研究，在設計上產生了只重視強度設計的思想，因此付出巨大的代價。然而由于混凝土長期處于某種環境中，往往會造成不同程度的有害介質的侵蝕，或是混凝土本身組成材料有害的物理化學作用，宏觀上會出現開裂、溶蝕、剝落、膨脹、疏松等導致強度下降，嚴重影響構造物的使用壽命，造成結構破壞，巨大的經濟損失，環境的污染甚至造成人員傷亡等。據相關報道，在一些國家和地區，混凝土的破壞已經成為一個特別嚴重的經濟問題。據估計英國每年花

8、費在混凝土結構上的維修費大約為5億英鎊，美國每年花費的修復費己超過2500億美元，加拿大如果要全部更新已經破壞的結構，至少需花費5000億美元。這種投入在世界大多數國家中普遍存在，已成為政府的一種財政負擔。更有甚者，部分結構物因病害嚴重已無法修補和加固，必須拆除重建，其直接和間接損失之大是可想而知的。這一切都說明，深入研究混凝土的腐蝕機理和新的防護方法是十分現實而迫切的。混凝土的耐久性破壞主要包括鋼筋的銹蝕、混凝土的碳化、凍融破壞、侵蝕性介質的破壞和堿骨料反應等。混凝土硫酸鹽侵蝕是危害性較大的一種侵蝕性介質破壞，是影響混凝土耐久性的重要因素之一，也是影響因素最復雜、危害性最大的一種環境水侵蝕。

9、沿海和內陸鹽湖地區，尤其是在含酸性地下水以及高黏土土壤環境中大多含有硫酸鹽，混凝土本身也有可能帶有硫酸鹽，在各種條件下對混凝土產生侵蝕作用，使混凝土發生膨脹、開裂、剝落等現象，喪失強度和粘性，使其內部機構發生破壞，最終導致混凝土的耐久性降低。在我國沿海和內陸鹽湖地區，天津、河北、山東、青海等地區存在大量鹽堿地區，近年來在我國公路、橋梁、水電、海港等工程以及建筑物基礎中均發現混凝土結構物受硫酸鹽的問題，嚴重的甚至導致了混凝土結構物的破壞，使得結構還沒有達到其預期的設計使用壽命就過早地發生破壞，造成了嚴重的工程事故和巨大的經濟損失。因此，混凝土硫酸鹽侵蝕問題受到了廣大研究工作者的重視。圖1：普通混

10、凝土在鹽湖環境下的破壞情況 美國、加拿大的很多地區也含有硫酸鹽土壤，曾經發生過諸多混凝土下水管、混凝土基礎、涵洞等的破壞情況。美國加利福尼亞洲南部廣大地區的土壤富含硫酸鹽，硫酸鹽往往以石膏形式存在。住宅的混凝土澆灌2到4年后，因受到硫酸鹽侵蝕表面粉化，砂漿脫落，骨料外露，還有脹裂和微小的裂縫。研究現狀1、 國外研究現狀（1）1892年，米哈埃利斯首次發現硫酸鹽對混凝土的侵蝕作用，在侵蝕的混凝土中發現針狀晶體，并稱為“水泥桿菌，實質上就是鈣礬石。（2）1902年，前蘇聯發現環境水侵蝕事例，此后各國相繼發現混凝土結構受環境水侵蝕的事例。（3）1923年美國學者米勒開始在硫酸鹽土壤中進行混凝土的侵蝕

11、實驗。（4）美國的標準局、農墾局，對混凝土處在含硫酸鹽的水中的破壞問題，做了許多室內室外實驗，25年后得出：混凝土的密實性和不透水性對混凝土耐久性有重要意義。（5）Mehta在研究中指出，含硅粉的混凝土具有較好的抗硫酸鹽腐蝕性，但硫酸氨腐蝕性卻相反。2、國內研究現狀（1）我國上世紀50年代開展了混凝土的抗硫酸鹽侵蝕研究，取得了很大進步（2）鐵科院抗硫酸鹽腐蝕小組結合我國很多地區的硫酸鹽狀況，開展了硫酸鹽寢室的室內和室外實驗。（3）1981年，中國建筑材料研究院制定了抗硫酸鹽侵蝕的快速試驗法（4）1986年，鐵道部在修訂了鐵路混凝土及砌石工程施工規范中提到隨著環境的不同，混凝土的抗侵蝕標準和防護

12、措施的變化（5）1991年,我國頒布了建筑房腐施工及驗收規范,標志著我國在抗硫酸鹽侵蝕應用和研究相比過去有了很大進步。3、 目前研究的不足之處（1） 對混凝土硫酸鹽侵蝕破壞機理的認識停留在表面，缺乏深入的全面的系統研究具體體現在以下方面：鈣礬石與石膏的形成條件、結晶速度，結晶數量與結晶壓力的關系；混凝土的工作條件與硫酸鹽侵蝕的類型、速度只是定性研究，缺乏定量的深入研究。（2） 我國的環境水侵蝕判定標準GB749-65試驗方法基本上沿用了前蘇聯1954年的標準 CH249和H114-54，未能反映近年來硫酸鹽侵蝕研究方面的新進展和新成果。（3） 缺乏對防治硫酸鹽侵蝕方法的研究。對混凝土硫酸鹽侵蝕

13、破壞的機理認識不夠，在處理和修補受硫酸鹽破壞的建筑物時，由于材料選取不當無法達到預期效果。（4） 沒有建立相應的數學模型來定量研究侵蝕程度與影響因素之間的關系。4、硫酸鹽侵蝕理論模型（1）基于熱動力學的硫酸鹽膨脹理論 加拿大渥太華大學的Ping 和Beaudoin（1992）基于熱動力學提出了硫酸鹽膨脹理論。該理論認為鈣礬石與水泥膠體之間的結晶化壓力是引起膨脹的主要因素，理論還認為溫度也是引起膨脹量的一個因素，因為它能提高固體產物的結晶化壓力。（2） 熱動力學平衡方程模擬硫酸鹽反應 西班牙加泰羅尼亞理工大學的Casanova等利用熱動力學平衡方程模擬硫酸鹽侵蝕反應，該方法用球形幾何模型模擬硫酸

14、鹽對混凝土的腐蝕程度。研究結果表明采用物理和化學相結合的方法對混凝土結構腐蝕程度進行預測可以得到良好的效果。（3） 非飽和溶液中的數學模型加拿大魁北克拉瓦爾大學的Marchand（2002）在低濃度硫酸鈉溶液對混凝土耐久性的影響方面進行了理論分析，并提出一個在非飽和溶液中的數學模型。此模型既考慮了離子和流體的擴散，也考慮了固相的化學平衡。運用這個數學模型可以分析不同水灰比、不同類型水泥、不同硫酸鹽濃度以及不同的潮濕度對擴散性能的影響規律。結果表明：暴露在低濃度的硫酸鈉溶液中，混凝土的微觀結構將發生明顯的改變。硫酸鹽粒子在材料中的滲透不僅是鈣礬石和石膏生成的原因，而且也是氫氧化鈣分解，脫鈣的原因

15、。模擬數據進一步說明了水灰比是控制混凝土耐久性的一個重要指標。5、 研究存在的問題（1）如何量化微觀結構變化對材料宏觀力學性能與微觀離子擴散的影響。（2）混凝土硫酸鹽侵蝕引起的材料劣化問題需要更多非加速試驗數據與現場實測數據的檢驗。（3）理論模型中對于表面裂縫內離子的擴散研究很缺乏，混凝土硫酸鹽侵蝕還需考慮多種離子耦合作用及干濕交替等不利環境的影響。（4）研究主要以實驗手段為主，缺乏成熟可靠的理論模型。研究目的混凝土結構憑借著大量的優點而成為土木工程結構設計中的首選形式，雖然新的結構計算理論和新型建筑材料的出現，將來還會產生許多新的結構形式，但鋼筋混凝土結構仍然是新世紀最常用的結構形式之一。事

16、實上，從混凝土應用于土木工程至今的一個半世紀以來，大量的鋼筋混凝土結構，由于各種各樣的原因提前失效，達不到預定的服役年限；這其中有的是由于結構設計的抗力不足導致的，有的則是由于使用荷載的不利變化造成的，但更多的是由于結構的耐久性不足導致的；特別是沿海及近海地區的混凝上結構，由于海洋環境對混凝土的侵蝕，導致鋼筋銹蝕而使結構發生早期損壞喪失了結構的耐久性能，這己經成為實際工程中的重要問題。早期損壞的結構需要花費大量的財力進行維修補強，甚至造成停工停產的巨大經濟損失。美國學者曾用“五倍定律”形象地描述了混凝土結構耐久性的重要性，尤其是設計對耐久性問題的重要性。例如設計時，對新建項目在鋼筋防護方面無謂

17、地每節省1美元，就意味著當發現鋼筋銹蝕時采取措施要多追加維修費5美元，順筋開裂時需多追加維修費25美元，嚴重破壞時采取措施將追加維修費125美元。因此，鋼筋混凝土結構耐久性問題是一個十分重要也是迫切需要加以解決的問題，通過開展對鋼筋混凝土結構耐久性的研究，一方面能對已有的建筑結構物進行科學的耐久性評定和剩余壽命預測，以選擇對其正確的處理方法:另一方面也可對新建工程項目進行耐久性設計與研究，揭示影響結構壽命的內部與外部因素，從而提高工程的設計水平和施工質量，確保混凝土結構服役期全過程的正常工作。耐久性研究既有服務于服役結構的現實意義，又有指導待建結構進行耐久性設計的重要作用，同時，對于豐富和發展

18、鋼筋混凝土結構可靠度理論也具有一定的理論價值。總而言之，我們需要通過對硫酸鹽侵蝕混凝土的侵蝕機理的深入系統的研究，對混凝土硫酸鹽侵蝕破壞進行明確定義明確界定侵蝕破壞的程度、范圍和危害性，對混凝土抗硫酸鹽侵蝕耐久性能進行評價，并且提出相應的預防措施。侵蝕機理一、侵蝕機理硫酸鹽侵蝕過程中鈣礬石、石膏和鈣硅石的產生對混凝土產生膨脹破壞作用,這是引起混凝土腐蝕破壞的主要原因。反應生成的鹽類礦物可使硬化水泥石中CH和C-S-H等組分溶出或分解，導致水泥石強度和粘結性能損失。圖2：硫酸鹽腐蝕機理1、 鈣礬石腐蝕（E鹽破壞） 鈣礬石（三硫型水化鋁酸鈣）是溶解度極小的鹽類礦物，在化學結構上結合了大量的結晶水（

19、實際上的結晶水為30-32個），其體積約為原水化鋁酸鈣的2.5倍，使固相體積顯著增大，加之它在礦物形態上是針狀晶體，在原水化鋁酸鈣的固相表面成刺猬狀析出，放射狀向四方生長，互相擠壓而產生極大的內應力，致使混凝土結構物受到破壞。當液相堿度低時，形成的鈣礬石往往為大的板條狀晶體，這種類型的鈣礬石一般不帶來有害的膨脹。當液相堿度高時，如在純硅酸鹽水泥混凝土體系中，形成的鈣礬石一般為小的針狀或片狀，甚至呈凝膠狀，這類鈣礬石的吸附能力強，可產生很大的吸水腫脹作用，形成極大的膨脹應力。 水泥熟料礦物C3A的水化產物：水化鋁酸鈣（4CaOAl2O3 19H2O）及水化單硫鋁酸鈣（3CaOAl2O3 CaSO

20、418H2O）都能與石膏發生反應生成水化三硫鋁酸鈣（鈣礬石）： （4CaOAl2O3 19H2O）+3CaSO4+14H2O（3CaOAl2O33CaSO432H2O）+ Ca(OH)2 （3CaOAl2O3CaSO418H2O+2CaSO4+14H2O（3CaOAl2O3 3CaSO432H2O）鈣礬石的溶解度很低，容易在溶液中析出，水化鋁酸鈣和水化單硫鋁酸鈣轉化為鈣礬石，其體積有大量增加。生成物的體積比反應物大1.5 倍或更多，呈針狀結晶。其破壞特征是在表面出現幾條較粗大的裂縫。圖3：掃描電子顯微鏡下的鈣礬石2、 石膏腐蝕（G鹽破壞） 水泥石內部形成的二水石膏體積增大1.24倍，使水泥石因

21、內應力過大而破壞，又稱G鹽破壞。研究表明：當侵蝕SO42-濃度在1000毫克/升以下時，只有鈣礬石結晶形成；當SO42-濃度逐步提高時，開始平行地發生鈣礬石-石膏復合結晶，兩種結晶并存；當SO42-濃度相當大的范圍內，石膏結晶侵蝕只起從屬作用，只有在SO42-濃度非常高時，石膏結晶才起主導作用。 溶液中的硫酸鈉、硫酸鉀、硫酸鎂與水泥水化產物Ca(OH)2反應生成石膏。以硫酸鈉為例，發生如下的化學反應： Ca(OH)2+Na2SO410H2OCaSO42H2O+2NaOH+8H2O在流動的水中，反應可不斷進行，直至Ca(OH)2被完全消耗；在不流動的水中，隨著NaOH的聚集，可達到化學平衡，一部

22、分SO3以石膏析出。Ca(OH)2轉化為石膏，體積是原來的二倍多，從而對混凝土產生膨脹破壞作用。（G鹽破壞和E鹽破壞小結：當侵蝕溶液中SO42-的濃度1000mg/L 以下時，只有鈣礬石生成。當溶液中SO42-大于1000mg/L 時，若水泥石的毛細孔為飽和石灰溶液所填充，不僅會有鈣礬石生成，而且還會有石膏結晶析出。在SO42- 濃度相當大的變化范圍內，石膏結晶侵蝕只起從屬作用，只有在SO42-濃度非常高時，石膏結晶侵蝕才起主導作用。事實上，若混凝土處于干濕交替狀態，即使SO42- 的濃度不高，石膏結晶侵蝕也往往起著主導作用，因為水分蒸發使侵蝕溶液濃縮，從而導致石膏結晶的形成。）3、 碳硫硅鈣

23、石腐蝕從目前國外研究情況看，形成碳硫硅鈣有兩種途徑:(1)由C-S-H直接反應生成以上反應生成的Ca(OH)2又可進行碳化反應：該反應生成物CaCO3和H2O再參與前一層次的反應，循環往復，不斷消耗水泥水化產物中的C-S-H和由C3A、C4AF相水化產生的水化產物，并不斷完成由硅鈣礬石向碳硫硅鈣石。Gaze和Crammond 研究指出，只要體系中存在CO32-和SO42-離子，且孔溶液的PH值高于10.5，這種形成的碳硫硅鈣石晶體的反應將不斷進行。(2)由硅鈣礬石逐漸轉化而成這是由硅鈣礬石轉化為碳硫硅鈣石的過程。以上反應生成的Ca(OH)2又可進行碳化反應：該反應生成物CaCO3和H2O再參與

24、前一層次的反應，循環往復，不斷消耗水泥水化產物中的C-S-H和由C3A、C4AF相水化產生的水化產物，并不斷完成由硅鈣礬石向碳硫硅鈣石的轉化。其作用機理為混凝土受此類腐蝕后沒有明顯的體積膨脹現象，在腐蝕的混凝土的孔隙和裂縫中充滿白色爛泥狀腐蝕產物，它們是碳硫硅鈣石與鈣礬石、石膏以及碳酸鈣等晶體的混合物。4、堿金屬硫酸鹽結晶型其作用機理為該反應析出帶有結晶水的鹽類，產生極大的結晶壓力，造成破碎和分裂混凝土的破壞特別是當結構物的一部分浸入鹽液中，另一部分暴露在干燥空氣中時，鹽液在毛細管抽吸作用下上升至液相線以上蒸發，然后，致使鹽液濃縮，則很容易引起混凝土強烈破壞。這種反應生成的石膏晶體或鈣礬石晶體

25、會引起混凝土體積膨脹，產生內應力。反應將CH轉化成MH，降低了水泥石系統的堿度，破壞了C-S-H水化產物穩定存在的條件，使C-S-H等水化產物分解，造成混凝土強度和粘結性的損失。其特點為嚴重的硫酸鎂侵蝕甚至將混凝土變成完全沒有膠結性能的糊狀物。其微觀結構通常是在混凝土表層形成雙層結構，第一層為水鎂石，厚度為40-120m ，第二層為石膏，厚度為20-70m。5、MgSO4溶蝕-結晶型 MgSO4侵蝕是對混凝土侵蝕破壞性最大的一種，即使硅灰混凝土也難以抵抗MgSO4的侵蝕。其原因主要是SO42-和Mg2+均為侵蝕源，二者互相疊加，構成嚴重的復合侵蝕。 需要注意的是，當有鈣礬石存在時，不一定非要通

26、過硅鈣石途徑轉化成碳硫硅鈣石，也可能通過C-S-H直接反應形成碳硫硅鈣石。不論C-S-H直接反應途徑，還是硅鈣礬石途徑，它們所需的反應條件非常相似，結果都導致水泥石中C-S-H 的分解和強度損失，所以這兩種形成碳硫硅鈣石的途徑可能同時進行，它們相互補充并互為依賴混凝土受此類腐蝕后沒有明顯的體積膨脹現象，在腐蝕的混凝土的孔隙和裂縫中充滿白色爛泥狀腐蝕產物，它們是碳硫硅鈣石與鈣礬石、石膏以及碳酸鈣等晶體的混合物。2、 影響因素圖4：影響混凝土硫酸鹽侵蝕的因素1、外部因素（1）硫酸根離子濃度ACI(美國混凝土協會)按硫酸根離子濃度把硫酸鹽溶液分為四個等級:0150ppm、150ppm1500ppm、

27、1500ppm10000ppm、10000ppm,它們分別對應為輕微、中等、嚴重、很嚴重的侵蝕。溶液的濃度不同會導致混凝土的硫酸鹽侵蝕機理不同.Biczok認為濃度的不同導致生成的主要產物也不同: 低濃度硫酸鹽溶液與含C3A的水泥主要生成鈣礬石, 高濃度的硫酸鹽溶液與低含量C3A主要生成石膏,含量介于兩者之間時主要產物是石膏和鈣礬石。在硫酸鈉環境下,SO42-8000ppm,主要產物是石膏,濃度處于中間便兩者均有。在硫酸鎂環境下,SO42-7500ppm,主要產物是石膏, 濃度介于兩者之間便兩者都有。在1991年我國頒布了“建筑防腐施工及驗收規范” (GB50212 - 91) ,在這一規范中

28、列出了硫酸鹽的侵蝕標準,當水中SO42-含量大于4000mg/L為強腐蝕,1000mg/L4000 mg/L為中等腐蝕,250mg/L1000mg/L為弱腐蝕 。除硫酸鹽濃度之外,混凝土被侵蝕的速度還取決于與水泥反應失去的硫酸鹽可以補充的速度。（2）鎂離子濃度Mg2+的存在會加重SO42-對混凝土的侵蝕作用,因為生成的Mg(OH)2的溶解度很小, 反應可以完全進行下去,所以在一定條件下硫酸鎂的侵蝕作用比其他硫酸鹽侵蝕更加激烈。Mg(OH)2與硅膠體之間還可能進一步反應,也可引起破壞,主要是因為氫氧化鈣轉變為石膏伴有形成不溶的低堿氫氧化鎂,導致C-S-H穩定性下降并且也易受到硫酸鹽侵蝕。在硫酸鎂

29、溶液中,砂漿一直以增加的速率膨脹。抗壓強度的減少,在硫酸鎂環境要遠大于硫酸鈉環境。但如果溶液中SO42-濃度很低, 而Mg2+的濃度很高的話,則鎂鹽侵蝕滯緩甚至完全停止,這是因為Mg(OH)2的溶解度很低,隨反應的進行,它將淤塞于水泥石的孔隙顯著地阻止Mg2+向水泥石內部擴散。（3）氯離子濃度 當侵蝕溶液中SO42-和Cl-共存時, Cl-的存在顯著緩解硫酸鹽侵蝕破壞的程度和速度。這是由于Cl-的滲透速度大于SO42-。在SO42-、Cl-共存時,對于表面的混凝土,水泥石中的水化鋁酸鈣先與SO42-反應生成鈣礬石,當SO42-耗盡后才與Cl-反應。而對于內部的混凝土,由于Cl-的滲透速度大于S

30、O42-,因此Cl-先行滲入并與OH -置換,反應方程式為: Ca(OH)2+2Cl- =CaCl2+ 2OH-當Cl-濃度相當高時,Cl-還可與水化鋁酸鈣反應生成三氯鋁酸鈣: 3CaOAl2O36H2O+3CaCl2+25H2O=3CaOAl2O33CaCl23H2O由于水化鋁酸鈣的減少, 使鈣礬石結晶數量減少, 從而減輕硫酸鹽侵蝕破壞的程度。（4）環境pH值國外的Mehta和Brown提出,ASTM(美國材料實驗協會)標準所建議的將試塊浸泡并不能真實的代表現場情況,因為在浸泡過程中,混凝土中的堿不斷地析出,使溶液的pH值很快的由7上升到12左右,而且SO42-濃度也隨著浸泡而降低,一般說來

31、,連續浸泡的試驗室試塊與現場暴露的試塊相比,具有較強的抗侵蝕性能,這是因為現場暴露的試塊往往處于恒定濃度和pH值的硫酸鹽侵蝕之中,并且受環境條件地影響如干濕循環等,而這些恰恰是加速侵蝕的條件。Mehta曾提出了一種新的試驗方法, 即不斷地加入H2SO4使Na2SO4溶液的pH值始終保持同一水平(約為6.2), 發現不含C3A的水泥的抗侵蝕性與含C3A水泥的一樣差,用X射線衍射發現了大量的石膏的存在,表明將pH值控制在酸性范圍內,使侵蝕機理轉向石膏侵蝕型破壞,Mehta認為此種試驗方法是可行而有效的。Brown采用了類似的試驗方法來研究侵蝕過程中控制pH值的影響,試驗采用了三種pH值(6.0、1

32、0.0和11.5)和不控制pH值的影響,進行連續浸泡試驗,發現隨著pH值的降低,混凝土的抗侵蝕性能(以砂漿試塊的線性膨脹和立方體抗壓強度的降低表示)下降,但與pH值沒有明顯的相關性。此種試驗雖然沒有被廣泛重復使用,但其所提供的研究結果卻讓我們認識到在研究硫酸鹽侵蝕時,應該考慮到溶液中pH值的影響,因為這更接近于實際情況。過去很多年以來關于硫酸鹽侵蝕的研究大多沒有對侵蝕溶液的pH值給予足夠的重視,席躍忠等認為這種做法有礙于正確理解硫酸鹽侵蝕機理和制定正確可靠的試驗方法。他們的研究表明,隨著侵蝕溶液pH值的下降,侵蝕反應不斷變化,當侵蝕溶液的pH為1212.5時,Ca(OH)2和水化鋁酸鈣溶解,鈣

33、礬石析出；當pH=11.610.6時,二水石膏析出,pH低于10.6時鈣礬石不再穩定而開始分解。與此同時,當pH小于12.5時,C-S-H凝膠將發生溶解再結晶,其鈣硅比逐漸下降,由pH值為12.5時的2.12下降到pH為8.8時的0.5,水化產物的溶解過飽和再結晶過程不斷進行,引起混凝土的孔隙率、彈性模量、強度和粘結力的變化。他們認為, 對pH值小于8.8的酸雨和城市污水,即使摻用超塑化劑和活性摻合料也難以避免混凝土遭受侵蝕。（5）干濕交替和凍融循環的影響RobertD1Cody等通過試驗研究比較了硫酸鈉溶液中經歷連續浸泡、干濕循環、凍融循環的條件下混凝土的膨脹量,結果表明干濕循環中的最大,凍

34、融循環中的次之,連續浸泡中的最小。（6）應力狀態對于在有應力的狀態下的硫酸鹽侵蝕是常見的,所以應力對硫酸鹽侵蝕的影響很值得重視。在SO42-濃度高達80000mg/L時,在有應力的狀態下,干濕循環,受彎和受壓抗侵系數均隨應力的提高而有規律的遞降,應力越大下降越多,且對抗彎強度的影響大于對抗壓強度的影響。在SO42-濃度在10000mg/L30000mg/L時,應力對于硫酸鹽侵蝕沒有產生加劇破壞的作用。在低應力狀態下(1000 mg/L以下) 也不會對硫酸鹽侵蝕產生加劇作用。2、內部因素（1）水泥類型對硅酸鹽系水泥來說,C3A、C3S、C2S、C4AF各種組分的含量對混凝土的硫酸鹽侵蝕有很大的影

35、響。其中C3A、C3S是兩個重要指標,C3S含量高,生成過多的氫氧化鈣,易于受硫酸鹽侵蝕生成石膏,導致混凝土在硫酸鹽環境下的過早破壞。C3A含量高,易于生成過多的膨脹性產物鈣礬石,導致膨脹破壞。水泥中C3A含量不大于5.5%時,具有良好的抗硫酸鹽侵蝕性能,C3A不大于8%的水泥可用于中等硫酸鹽侵蝕環境中,所以可以看出沒有這兩種成分的硫鋁酸鹽水泥將有較好的抗硫酸鹽侵蝕性能。我國有兩種抗硫酸鹽硅酸鹽水泥, 一是C3A的含量小于5%, C3S的含量小于55%,為中抗硫酸鹽水泥；二是C3A的含量小于3%,C3S的含量小于50%,為高抗硫酸鹽水泥。美國的抗硫酸鹽水泥只有一種,C3A的含量小于5%。（2）

36、配合比、密實度混凝土的質量特別是低滲透率是抗硫酸鹽腐蝕的最好的防護,這就要求混凝土有好的密實度,這與混凝土的水泥用量,水灰比,外摻料,及混凝土養護有關。水泥用量由于可以減少膨脹和增加混凝土強度,水泥用量增加,可以增加混凝土抗硫酸鹽侵蝕性能。美國墾務局規定,暴露在嚴重硫酸鹽侵蝕環境中的混凝土的最小水泥用量不得小于245kg/m3 。水泥用量多時可以減少混凝土空隙,降低透水性,可以減少滲入混凝土中硫酸鹽離子的數量。（3）水灰比水灰比影響水泥漿體的致密程度,水膠比越高,水泥漿體致密性越差,混凝土空隙多使硫酸鹽離子滲透較快。所以對于硫酸鹽侵蝕,水灰比大的混凝土其膨脹也大。ACI318-83規定,在嚴重

37、的硫酸鹽環境中,水泥的水灰比不得大于0.45, 在非常嚴重的硫酸鹽環境中,水泥的并摻加火山灰質混合材混凝土水灰比不得大于0.5。石明霞，謝友均，劉寶舉等人對水泥一粉煤灰復合膠凝材料抗硫酸鹽結晶侵蝕性進行了研究，分析比較了水膠比對抗硫酸鹽結晶膨脹侵蝕性能的影響。在原材料選定的條件下，水膠比既是影響膠砂或混凝土結構密實程度和強度的主要因素，同時也是影響膠砂或混凝土耐蝕性能的主要參數。水膠比大，硬化漿體的孔隙率高，漿體中就有更多的大孔和連通性良好的毛細孔，這有助于SO42-離子擴散、滲透到水泥右內，從而促進了孔隙內的鹽在干濕循環條件下結晶，使膠砂內部的孔隙得到填充，結構逐漸致密，因而相對抗折強度提高

38、；但隨著循環次數的不斷增加，膨脹性產物不斷生成，膨脹應力增大，孔結構遭受破壞，膠砂試件內部開始出現微裂縫，相對抗折強度又開始下降。硫酸鹽濃度越大，初始滲入的離子數量越多，生成的結晶產物相應增加，它們填充了孔隙并使結構更密實，因而相對抗折強度增長幅度較大；隨著循環次數的增加，過多的結晶產物造成較大的膨脹應力，因而其相對抗折強度下降幅度也增大。水膠比較小時，雖然循環初期的相對抗折強度增長較小，但循環后期的降低也同樣較小因此，從長期性能來看，水膠比的降低有利于提高膠砂抗硫酸鹽結晶膨脹侵蝕的能力。（4）摻合料種類及其摻量粉煤灰、礦渣、硅灰活性摻合料的合理摻入對混凝土抗硫酸鹽性能有很好的提高。含粉煤灰等

39、礦物的混凝土可具有良好的抗硫酸鹽侵蝕能力，因為這時不但混凝土中的孔結構變細且不連通，硫酸根離子難以滲透，而且水化產物中氫氧化鈣的數量減少。石明霞，謝友均，劉寶舉等人采用對膠砂試件進行干濕循環的試驗方法，來檢測粉煤灰摻量、粉煤灰細度及粉煤灰與硅灰復摻對水泥一粉煤灰復合膠凝材料抗硫酸鹽結晶膨脹侵蝕性能的影響。在硫酸鹽溶液中進行干濕循環時，未摻粉煤灰的純水泥膠砂試件，其相對抗折強度的變化約在10范圍內，且隨著SO42-濃度的增大，變化幅度加大；對粉煤灰摻量為1545的各組，其相對抗折強度早期增長幅度在25以下。在60次循環時，各組試件相對抗折強度值均在85以上。且隨著SO42-濃度的增大和粉煤灰摻量

40、的增加，膠砂試件相對抗折強度的降低幅度均基本增大。試驗結果表明，由粉煤灰取代1545水泥而配制的水泥粉煤灰膠砂試件，均具有較好的抵抗硫酸鹽結晶嘭脹侵蝕的能力。從理論上說，粉煤灰摻量的增大應該提高膠砂試件抗硫酸鹽結晶膨脹侵蝕性能，但本文的試驗結果似乎并不能說明這一點。其原因也許是：摻粉煤灰水泥膠砂試件的早期強度較低，特別是粉煤灰摻量較大時，膠砂試件早期強度下降較大，且開始干濕循環時膠砂試件的養護齡期僅為14d同時，也許是試驗循環次數不夠多，以致粉煤灰的火山灰效應未能完全發揮出來。若繼續增加循環次數，則粉煤灰摻量變化對膠砂試件相對抗折強度的影響規律將更加明顯。但是大摻量粉煤灰混凝土在干濕交界處由于

41、鹽結晶作用更容易產生表面剝蝕。粉煤灰細度的提高有利于改善水泥粉煤灰膠砂試件的抗侵蝕性能，這當中的原因可能是：在相同水膠比條件下，粉煤灰細度的增加有利于提高硬化漿體結構的密實性。隨著齡期的增長，硬化漿體中毛細孔數量降低，孔徑細化，滲透性降低，鹽溶液難以進入，從而使相對抗折強度無明顯下降，增強了膠砂試件抗硫酸鹽結晶膨脹侵蝕的能力。粉煤灰與硅灰的復摻，對摻合料的火山灰活性以及復合膠凝材料的密實填充性能等方面能起到優勢互補的作用，能進一步細化混凝土的孔結構，增加混凝土的密實性。硅灰的摻入，使在減少氫氧化鈣的同時，增加了水化硅酸鈣的數量。另外，硅灰的密實填充效應也使膠砂試件內部的孔徑更加細小，連通孔的數

42、量也減少，這使有害離子的擴散路徑加長，離子難以滲透，在干濕循環條件下，鹽的結晶機率下降，從而相對抗折強度的變化較平緩。因此，在總的膠凝材料含量不變的情況下，少量硅灰與粉煤灰復摻比單摻粉煤灰更能進一步提高水泥粉煤灰復合膠凝材料的抗硫酸鹽結晶膨脹侵蝕能力。礦渣具有較高的潛在活性，是一種優良的混凝土摻和料和水泥混合材料。礦渣混凝土可以廣泛的應用于水工工程，這是因為與普通混凝土相比礦渣混凝土有較低的滲透性。礦渣混凝土的滲透性還隨礦渣摻量的增加而下降，這是因為摻入的礦渣與水泥水化釋放出的氫氧化鈣和堿反應，進而改變了水泥漿體的孔結構，而滲透性只要取決于混凝土中的孔結構及孔徑分布。一般認為，礦渣的摻入能使混

43、凝土的抗硫酸鹽侵蝕性能得到一定的改善。摻入50%的礦渣則可使普通混凝土的抗硫酸侵蝕性能與硫酸鹽水泥相同。礦渣中的Al2O3含量一般比普通水泥中的Al2O3含量低一半，因此，礦渣的加入有助于降低混凝土中的Al2O3含量。礦渣的加入還降低了氫氧化鈣的含量，這有助于減小硫酸鹽侵蝕時膨脹產物的形成。另外，礦渣混凝土的滲透性較低，這也是礦渣混凝土具有較好的抗硫酸鹽侵蝕能力的重要因素。試驗方法 該實驗包括兩節。第一節實驗主要分析三種細碎石混凝土試件在水中及過飽和硫酸鈉溶液中浸泡六個月內的主要性能的變化規律。第二節將從干濕循環過程中三種混凝土的主要性能的變化過程與變化趨勢來分析這個問題。通過研究發現：細碎石

44、棱柱體混凝土試件對硫酸鹽侵蝕破壞比砂漿試件和立方體混凝土試件敏感，因此本試驗選用40mm40mm160mm的細碎石混凝土試件。另由于提高水灰比能增加試件的滲透性，使得侵蝕溶液更容易進入試件內部，從而加速侵蝕速度，但當水灰比大于0.6時，試驗結果的重現性會嚴重降低，為了在不影響試驗準確性的情況下，盡量縮短實驗周期，本試驗采用的水灰比為0.55。以普通細碎石棱柱體混凝土試件配合比為基準（普通細碎石棱柱體混凝土試件的配合比如表1所示），摻粉煤灰、硅灰的混凝土試件的制作分別按粉煤灰摻35%、硅灰10%來等量取代水泥用量，其配合比如表所示。表1：普通細碎石棱柱體混凝土試件的配合比表2：摻粉煤灰混凝土試件

45、配合比表3：摻硅灰混凝土試件配合比由于試驗中制作的大部分為摻有礦物摻和料的細碎石混凝土試件，此類試件的水化速度較慢，為了盡可能避免爭議，試驗采用的預養方式為在21水中養護28天。后期養護采用室溫下水中養護、硫酸鈉溶液中養護（侵蝕溶液選用濃度為25%過飽和硫酸鈉溶液(20士3時硫酸鈉溶解度約為20士3% )，15天更新一次溶液，以使侵蝕反應能夠在較穩定的濃度下持續進行）以及干濕循環（試件室溫在過飽和硫酸鈉溶液(或水)中浸泡16小時，取出晾干1小時，放入80烘箱中烘干6小時，冷卻1小時為一個循環，共計24小時）三種養護方式。實驗將檢測試件的抗折強度、抗壓強度和軸心抗壓強度。每次測試一系列試件，得出

46、各試件的強度后，計算出各組試件的抗折抗蝕系數K、抗壓抗蝕系數R： 其中fs，CS分別為在侵蝕溶液中浸泡到規定齡期或干濕循環規定次數的膠砂試件的抗折、抗壓強度；fw, Cw為同齡期淡水中試件的膠砂試件的抗折、抗壓強度。1、 三種細碎石混凝土試件在水中及過飽和硫酸鈉溶液中浸泡六個月內的主要性能的變化規律（1） 普通混凝土試件浸泡6個月內主要性能變化規律做為未摻任何外加劑與礦物摻和料的普通硅酸鹽水泥混凝土，其檢測結果不僅能反映此類混凝土在硫酸鹽長期浸泡下的主要性能變化規律，還能為其它類型混凝土的侵蝕結果提供參照作用。浸泡于硫酸鈉溶液中的試件，其抗折與抗壓強度經過2個月的增長后，均開始衰減，而浸泡于水

47、中試件的3種強度在6個月內均為持續、緩慢增長。即從強度變化圖上可以很明顯的看出混凝土受到破壞的時間以及破壞的程度。但由于實際工程的不同，對混凝土強度的要求也不同。因此，無法將單一強度做為衡量混凝土抗硫酸鹽侵蝕的標準。即無法確定一個固定的標準強度，用來衡量受到侵蝕的混凝土是否己經破壞。同樣可以看出，抗折與抗壓抗蝕系數的變化趨勢基本相似，在硫酸鹽侵蝕初期，受侵蝕的試件強度有一定的增長，其抗蝕系數也隨之有緩慢的上升趨勢，這可能是由于硫酸鹽侵蝕形成的鈣礬石與石膏填充于混凝土的孔隙中，產生的膨脹應力還未達到混凝土的抗拉極限而破壞混凝土，反而使混凝土變得更加致密。2個月后鈣礬石與石膏的形成積累到一定的數量

48、，試件開始破壞，抗蝕系數呈下降趨勢。（2） 粉煤灰混凝土試件浸泡6個月內主要性能變化規律可以看出，摻加了粉煤灰的混凝土，在經過了硫酸鈉溶液6個月浸泡后，其強度在6個月內都呈增長趨勢，且溶液中強度都較水中強度大，證明了粉煤灰混凝土有較好的抗硫酸鹽侵蝕性能。由圖可以看出，粉煤灰混凝土在浸泡6個月內，其各種抗蝕系數始終在1.00以上，且后期還沒有下降的趨勢。由此可推出兩種可能，即：（1）粉煤灰能完全改變混凝土的抗硫酸鹽侵蝕性能，使混凝土的抗蝕系數始終在1.00以上，并保持一個平穩的發展趨勢。（2）浸泡的時間太短，由硫酸鹽侵蝕引起的試件結構破壞不足以導致其強度降低。（3） 硅灰混凝土試件浸泡6個月內主

49、要性能變化規律硅灰也叫硅微粉，其作為礦物摻合料加入混凝土中，對混凝土的性能會產生多方面的良好效果。可以看出，在6個月之內，浸泡于侵蝕溶液中各種試件的強度均略小于養護于水中的試件，但強度增長的趨勢，速度都基本相同。甚至在后期浸泡于溶液中試件的強度增長反而比水中試件增長更快。也可以看出，6個月內，二種抗蝕系數均處于0.90-1.05之間，且在后期有緩慢升高的趨勢。可以初步得到結論：硅灰可以提高混凝土的抗壓、抗折等性能。2、干濕循環過程中三種混凝土的主要性能的變化過程與變化趨勢（1）普通混凝土試件干濕循環60次后主要性能變化規律養護溶液為硫酸鈉溶液的普通混凝土試件，其抗折強度在經40次循環后，急劇下

50、降，由9.86下降到4.75，下降了52%；其抗折抗蝕系數也由1.19降為第6個月的0.61，下降了49%。試件的抗壓強度也從第40次開始下降，但從第50次開始，衰減速度急劇增加，經過50次循環后，其抗壓強度由30.57下降到14.08，下降了54%。其抗壓抗蝕系數由第50次的1.07降為第6個月的0.36，下降了66%。由此可見，在干濕循環過程中的混凝土試件比長期浸泡的混凝土試件，強度的衰減速度要大得多，可以認為是由于干濕變化引起的結晶壓力與硫酸鹽侵蝕作用的共同結果。（2） 粉煤灰混凝土試件干濕循環60次后主要性能變化規律 可以看出，粉煤灰混凝土試件在完全破壞之前，其強度值一直都大于水中養護試件的數值，因此也證明了這種混凝土較好的抗硫酸鹽侵蝕能力。可看出，在40次循環以內，試件的抗蝕系數變化非常平緩，但其后突然衰減，其抗折抗蝕系數從第50次的1.03下降到第60次的0.62，下降了40%，而抗壓抗蝕系數也在最后10次