稀硫酸侵蚀水泥砂浆和混凝土的附面层效应试验研究

发布时间：2020-07-21 12:05

【摘要】：硫酸会腐蚀建筑物并缩短建筑物的使用寿命。来自大气污染、工业生产、含硫矿物风化等化学过程和污水处理厂、污水管道、养殖场中微生物的代谢过程均会产生硫酸腐蚀建筑物。硫酸因为其自身的特殊性在侵蚀水泥砂浆或混凝土过程中会生成附着层产生附面层效应,导致硫酸的侵蚀速率降低,使水泥砂浆或混凝土的抗酸能力提高。因此,研究硫酸侵蚀水泥砂浆或混凝土过程中产生的附面层效应对建筑物耐久性问题具有重要的意义,本文着重对稀硫酸腐蚀水泥砂浆和混凝土过程中附面层效应产生的作用展开研究。研究的主要内容和方法如下:(1)由于硫酸侵蚀水泥砂浆和混凝土过程中产生的附面层效应会影响硫酸侵蚀速率,因此为描述附面层效应在硫酸侵蚀水泥砂浆和混凝土过程中产生的影响,本文结合反应边界层模型和扩散反应方程推导的耗酸量理论公式,分析了表观扩散系数折算系数的计算方法,并以此来表示不同时间的材料表观扩散系数的变化。(2)研究了稀硫酸腐蚀水泥砂浆过程中附面层效应产生的影响。试验方法为分2种浸泡方式对不同水灰比的水泥砂浆进行为期2300h的长期浸泡试验,以PH=4的稀硫酸溶液作为浸泡液,为尽量消除附面层的积累,对其中一批试件采取定期更换浸泡液使硫酸钙无法积累析出形成附面层的长期浸泡方式,另一批试件作为对照组则采取不更换浸泡液的长期常规浸泡方式。试验获得了各组试件不同时间的硫酸消耗量,推算了不同时间砂浆材料的表观扩散系数折算系数,并用非参数回归分析方法获得在浸泡过程中水灰比的变化与附面层效应的关系。使用X衍射仪和电镜扫描仪进一步研究硫酸腐蚀水泥砂浆过程中的附面层形貌及物相组成。结果发现试件的表观扩散系数按时间的幂函数规律降低,而且无论是否更换浸泡液,均会产生附面层效应并导致表观扩散系数降低,但通过更换浸泡液的方式,会降低附面层效应的影响。水泥砂浆试件水灰比的变化几乎不会影响附面层效应对试件产生的作用。反应前期不会析出硫酸钙,此时是二氧化硅单独作为附面层降低硫酸对水泥砂浆的侵蚀速率,反应进行一段时间后才会开始析出硫酸钙,此时由二氧化硅和硫酸钙共同作为附面层降低硫酸对谁砂浆的侵蚀速率。(3)研究了稀硫酸腐蚀混凝土过程中附面层效应产生的影响。试验方法为分3种浸泡方式对同一水灰比的混凝土试件进行1200h的长期浸泡试验。以不同PH值(PH=2、PH=3、PH=4)的稀硫酸作为浸泡液,为了能够更彻底地去除附面层,在水泥砂浆浸泡试验的基础上,增加了一种定期轻刷试件表面以去除附着物并更换浸泡液的浸泡方式。试验获得了各组混凝土试件不同时间的硫酸消耗量,在此基础上结合溶解反应模型推算了不同时间混凝土材料的表观扩散系数折算系数。使用X衍射仪、电镜扫描仪和能谱仪进一步研究硫酸腐蚀混凝土过程中的附面层形貌及物相组成。结果发现试件的表观扩散系数按时间的幂函数规律降低,但通过更换浸泡液的方式,会降低附面层效应的影响,在使用定期更换浸泡液并轻刷试件表面去除附着物的方式进行浸泡的情况下,基本能够消除附面层效应的影响。附面层效应和浸泡液PH值之间有密切关系。造成附面层效应的物质为CaSO_4?2H_2O和SiO_2。反应前期不会析出硫酸钙,此时是二氧化硅单独作为附面降低硫酸对混凝土的侵蚀速率。反应中后期由二氧化硅和硫酸钙共同作为附面层降低硫酸对混凝土的侵蚀速率。
【学位授予单位】：昆明理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TU528;TQ177.62
【图文】：

布置图,水泥胶砂,浸泡试验,布置图

第三章水泥砂浆浸泡试表 3.2 每组水泥胶砂试件的流动度试验组别 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10流动度（mm） 190 185 187 180 176 187 190 189 177 1823.2.3 试件养护在振动台上将试件振动成型后，把试件放入标准养护箱（恒温 20℃，恒湿 95%）护 24 小时，24 小时后将试件放入标准养护室（温度 20±2℃、相对湿度 95%以上）中行为期 28 天的养护。3.2.4 试件密封养护结束之后，把试件放在干燥常温的地方自然干燥 7 天，干燥完成后用金属刷轻试件表面将表层浮浆刷去。将石蜡融化后用来密封试件的上下左右四个面，只留两4cm×4cm 的对立面接触浸泡液。见图 3.1。

布置图,稀硫酸溶液,浸泡液,浓硫酸

只留两个4cm×4cm 的对立面接触浸泡液。见图 3.1。图 3.1 水泥胶砂浸泡试验布置图3.2.5 试验操作采用 10 个尺寸为 467mm×323mm×215mm，容积为 21L 的透明塑料收纳箱作为浸泡池，在每个浸泡池上作出组别标记便于记录。用浓度为 98%的浓硫酸溶液和蒸馏水在每个浸泡池中配置 20L PH=4 的稀硫酸溶液，将密封好的水泥砂浆试块横放入浸泡池中。用浓度为 98%的浓硫酸溶液和蒸馏水配置浓度为 0.125mol/L 的稀硫酸溶液放入 1L 的容量瓶中备用。试验布置和测量方式见图 3.2 和图 3.3。试验过程中，每间隔 3—4 小时对浸泡液进行一次酸度测量，测量仪器为上海雷磁精密台式酸度计 PH 计测试仪（型号 PHS-25），为保持每组试件浸泡过程中的浸泡液 PH 值恒定，从而减小耗酸速率的计算误差，在测量之后使用配置好的浓度为 0.125mol/L 的稀硫酸溶液进行滴定

测量方式,浸泡试验,试件,水泥砂浆

第三章水泥砂浆浸泡试验21图 3.3 测量方式图3.3 水泥砂浆浸泡试验结果及分析3.3.1 试验现象不同水灰比，不同浸泡方式的两批水泥砂浆试件在 PH=4 的浸泡液中，经过长达 2300h的浸泡试验后，再取出进行自然风干，最后呈现出不同的表观特征，见图 3.4—3.14。图 3.4 第 1 组试件表观特征图 3.5 第 2 组试件表观特征图 3.6 第 3 组试件表观特征图 3.7 第 4 组试件表观特征

【参考文献】