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行业新闻 2020-01-01 14:13

  抗海水水泥及其混凝土李乃珍于计祥鑫国萱(石家庄市特种水泥厂) 摘要对抗海水水泥的组成、性能与耐腐蚀机理,利用多种方法进行了长期研究,认为该水泥及其 混凝土,对于高浓soi 一、M92+、c1 一等多种有害离子共存的溶液、海水、卤水具有优异的耐腐蚀性能,并可 抵抗盐类析晶与冰晶的物理破坏。混凝土试件在标准养护条件下,和28d 抗压强度相比,10 年龄期增长约 38%、1 年增长约50%,长期强度可靠,不倒缩。在高浓有害离子海水中,和 28d 抗压强度相比,3 年龄 增长8%~22%;3 年龄期与淡水养护试件的抗压强度比、★▽…◇抗折强度比均高于 0.92。该水泥与混凝土致 密度 高、孔隙率低,为减轻与防止海水中离子及盐类的渗入、扩散提供了基础;水泥中不合 水泥石中Ca(OH):浓度低,则从自身切断了-9 海水中SO:一反应的基本条件;表层形成的CaSO2Hz0 与Mg(oH)z 又因不能渗入内部而沉积下来,对水泥石起到保护膜的作用,因此腐蚀系数高、后期强度增长。工程实践 证明,该水泥是海洋混凝土构筑物的良好材料。 关键词水泥混凝土抗海水耐腐蚀 时产生强侵蚀作用。▲●…△表 列出了试验中所用海水与一.前言 卤水的离子浓度。 海水和卤水中的主要有害离子(mg/I)提高水泥的抗海水侵蚀性能和提高混凝土的 塘沽开 汉沽 25 耐久性是一致的,也是国内外混凝土学者共同关心 20#塘沽 10# 轮台 度卤水的一个课题。为此,•●人们对波特兰水泥、矿渣水泥、 so:一 3670 3140 6720 3120 60000 28600 C1 15940 5500 60790 129750 177550 176200 高铝水泥、抗硫酸盐水泥、硫(铁) 铝酸盐水泥等 M92+ 1220 7860 7540 14290 16470 22500 多个水泥品种及其混凝土,包括引入外加剂、添加 材料等技术,进行了大量研究。抗海水水泥就是在 2.海水对硅酸盐混凝土的化学腐蚀 这种情况 下面世的~种高强、高抗腐蚀的新型水 硅酸盐混凝土遭受的海水化学腐蚀主要表现 泥,它由特定率值的硫铝酸盐熟料及耐硫酸盐侵蚀 个方面,其一,硅酸盐水泥水化产物Ca(OH)z 的硅铝质辅助材料组成,从矿物组成而言,属于第 与海水中so,一先形成CaS04,固体体积增大2.2 三系列水泥。继而,与 姐水化产物形成钙矾石cn.3CS.H。 二.抗腐蚀机理钙矾石自身虽然耐海水腐蚀,□▼◁▼但终因体积增大 1.海水中的腐蚀性离子而导致水泥石膨胀破坏;其二,C。S 水化后形成的 一般认为,导致混凝土腐蚀的主要有害离子为 硅酸钙凝胶,与海水中 MgSOt、MgClz 形成无水硬性 so;一、M92+及cr,△当液态介质中[so;一]

  200mg/1 的MSH,导致混凝土强度的丧失:其三,海水中C1 对混凝土的渗透,破坏钢筋纯化膜,导致钢筋锈蚀,时,对混凝土开始有侵蚀作用,[so 一]

  lOOmg/1加速混凝土破坏的进程。 22 万方数据 3.抗海水水泥的耐腐蚀机理 出,后期水泥与混凝土的抗压强度、抗折强度、腐 抗海水水泥的耐腐蚀机理,简单地说,就是对 蚀系数均有明显增加。 硅酸盐水泥遭受化学腐蚀的 条途径,予以减轻或三.水泥的性能特征 阻塞。该水泥中不含C 弧,不含CsS,水化产物ca(oH)z 浓度低,水泥的主要矿物是C4。s,次要矿物是CzS, 1.标准检验强度 含少量fc。洲。C。A。s 的水化产物钙钒石先期形成而 如表 所列,抗海水水泥标准检验条件下,1构成水泥石骨架,硅铝质辅助材料为钙钒石的发育 天抗压强度达 28d 60%左右,3d抗压强度接近 28d 提供了良好条件,长径比大于 20;C-S—H 值,后期仍有增长、不倒缩。种凝胶填充骨架空间,结构致密。压汞法试验表明, 表2抗海水水泥的强度(MPa) 水泥抗折强度 抗压强度 3d 龄期的水泥石最可几峰为21.6 ld3d 28d ld 3d 28d 425 4.8 6.2 38.048.9 50.2 5255.5 7.O 7.3 43.8 56.2 58.8 625 6.6 8.O 8.2 49.4 65.O 69.9 孔体积的76.68%,优于快硬硫铝酸盐水泥,远优于 725 6.9 8.4 8.5 51.9 71.8 78.9 825 7.4 9.6 9.6 55.2 82.4 96.8 抗硫酸盐硅酸盐水泥。◇•■★▼显然,☆△◆▲■结构的高度致密,是 2.在不同介质溶液的强度 减轻海水中sol 一、C1 一等渗入与扩散的基础。混凝 如表3 所列,将水泥试件分别在自来水、快乐时时彩玩法sol 土构件表层的ca(oH)。,在早期可与海水中so 浓度为30000mg/1 Na2S0t溶液及塘沽海水 成CaS0t、与M92+形成Mg(oH)z并附着在表层而不能 质中进行养护,随龄期的延长,抗压强度均有稳定 渗入内部,阻塞毛细孔,这种作用在高离子浓度的 提高,▼▲在塘沽海水中增幅最大。 卤水中比在单一离子溶液及低浓度海水中更为突 抗海水水泥在不同环境水中的强度(MPa)龄期 28d 90d 180d 养护介质 标准水养 sol 塘沽海水标准水养 sol 塘沽海水标准水养 soj 塘沽海水mg/1 mg/1 mg/1 9705 49.4 49.1 56.6 49.9 53.4 59.2 49.7 53.2 58.1 9706 78.2 80.4 78.8 80.6 83.0 80.4 80.8 82.6 85.3 抗压强度 9707 80.1 81.0 80.8 84.0 82.4 90.6 84.7 81.7 90.O 9708 88.4 77.7 84.6 91.8 78.8 89.0 91.7 85.7 89.6 9705 5.1 4.6 5.O 4.6 4.2 5.5 4.8 4.6 5.4 97067.6 7.6 9.8 7.3 5.9 9.9 7.5 6.2 11.2 抗折强度 9707 7.7 6.8 9.5 6.9 5.7 lO.3 7.6 6.4 lO.0 9708 8.6 7.8 11.1 7.4 6.1 lO.6 7.8 6.7 11.1 3.耐腐蚀性 塘沽海水中的 值显著高于单一Na2S04 溶液中的 不同品种水泥的腐蚀系数比较接Q/STSJ09—1997 标准规定,取正常生产的抗 海水水泥试样,试件尺寸10minx 10minX 60mm,灰砂 配制 1:2.5,机压成型,在规定的介质溶液中养护。比较 所列,如表4 所列,其耐腐蚀性优异,半年、1 说明抗海水水泥在zSOt、MgS04、NaCl、MgCl2、MgS0。龄期的 值均远大于0.80,在多种有害离子共存的 MgC]z混合溶液中的耐腐蚀性俱佳,快硬硫铝酸 23 万方数据 盐水泥耐MgClz 腐蚀性较差,高抗硫酸盐水泥耐 表明抗海水水泥不仅具有良好的耐化学腐蚀性能, MgClz MgSOt混合溶液腐蚀性最差。此外,进行了 而且具有良好的耐析晶物理破坏性能,显然因水泥 抗海水水泥用卤水拌合、脱模后即入卤水养护试 石结构致密,离子渗入困难,盐类析晶量小,破坏 1.48。能力就弱。 表4腐蚀系数F 表5不同品种水泥的腐蚀系数比较 水泥品种 龄期 离子浓度(9/1) 水泥 soi 万mg/1塘沽海水 标号 so 28d90d 180d 28d90d 180d C1,3.72万525#一1 1.35 1.49 1.21 1.19 1.68 1.84 1.95 1.87 1.63 525#一21.33 1.41 1.40 1.17 1.15 1.80 1.89 1.8l 1.80 28d 1.6l 1.89 1.44 2.51 2.36 725#-1 0.94 1.09 1.15 1.18 1.10 l_39 1.41 1.46 1.60 425#抗海 180d 1.79 1.7l 1.56 2.0l 1.99 725#一2 1.22 1.20 1.85 l。64 水水泥 1.481.90 2.09 2.03 2.13 28d 1.29 1.32 1.1l 1.06 1.43 4.抗折晶破坏性能 525#快硬 180d 1.36 l-03 1.14 0.68 1.32 CAS水泥 1.221.09 1.31 0.87 1.37 考虑海洋混凝土构筑物的复杂性,进行了抗海 28d 1.31 1.42 l_3l 1.21 1.72 525#快硬 水水泥在不同介质溶液中浸泡、烘干的干湿循环析 180d 1.22 1.26 1.48 1.11 1.92 铁铝水泥 1.461.33 1.56 1.04 1.80 晶破坏试验,同时进行了降温析晶破坏试验,结果 525#高抗 28d 1.14 1.0l 0.85 0.87 0.37 硫酸盐 180d 0.70 O.60 0.64 0.86 用抗蚀系数K表示,如表6、表7 所列,两种试验 水泥 0.700.60 0.79 0.98 结果一致,K值远大于O.80,优于其它品种水泥, 表6干湿循环14次析晶破坏试 离子浓度(mg/1),口▲=○▼浸入方式C1一 so:一80000 C1 75000 soi 一34000 烘干温度 水泥品种 淡水so:一68000 C1 27500 120000 M92+25000 M92+25000 Mg”12500 425#抗海50 1.11 1.08 1.44 1.22 1.03 1.10 水水泥 75 1.41 0.94 1.54 1.16 1.46 525#快硬 50 0.54 1.02 1.39 O.66 1.13 1.05 CHS 水泥 75 1.051.32 O.76 1.07 表7降温析晶破坏试验 表8不同水泥水化热比较(Kd/kg) 水泥品种 1d 3d 7d soi 一146000 so;一68000 625#抗海水水泥 234 255 259 M92+8400(mg/1) 水泥品种 (mg/1) C1 143000 725#抗海水水泥 280 297 309 降温析晶 降温析晶 干湿循环 525#快硬cAi 水泥 234 243 28 625#高铝水泥284 297 425#抗海水水泥 l-52 1.16 1.36 冀东 525#硅酸盐水泥 293 318 525#快硬CA 雪水泥 1.13 0.93 0.41 珠江 525#硅酸盐水泥 276 297 525#普硅水泥 0.89 O.63 0.25 邯郸 525#R 普硅水泥 280 309 5.水化热 四.混凝土性能特征 可知,625#抗海水水泥3d、7d水化热 均低于冀东、邯郸硅酸盐水泥及高铝水泥,725#抗 1.混凝土长期强度 海水水泥则与其相近。▲●该 水泥水化速度较快,1d 采用中砂、碎石配制抗海水水泥混凝土,水泥期水化热比较集中,对于大体积抗海水混凝土工 用量 410kg/m3,Sp31%,w/c 0.43,坍落度3~5cm, 程,当采用缓凝剂时,水化热峰期有所延迟。 进行长期强度试验,10 15年试件地下埋设。 如表 所列,3d龄期强度达 28d 万方数据强度比28d 约增长38%,•☆■▲Cso 混凝土达到C,o 强度要求; 试件尺寸40ram40 miX 160mm,在不同介质溶液中 15 年强度比 28d 约增长 50%;Cso 混凝土达到 养护,测定其抗压与抗折强度,如表10 度要求。压强度随龄期的延长有所增长,水中标养时 表9混凝土长期强度期比28d 约增长28%、3 年龄期约增长30%;在so; 编号水泥28d 抗压强度I ld 3d 28d 90d 10 K2564.4 82.9 87.6 万mg/1溶液中1 年龄期比28d 约增长15%、3 H25 58.3 68.574.3 89.4删15 58.0 88.6年龄期约增长 22%;在多种有害离子共存的塘沽海 水中1 年龄期比28d 增长5%、3 年龄期比28d 2.在不同介质溶液中的强度长8%;说明在实际海水中,混凝土强度稳定较快, 采用中砂、★◇▽▼•碎石配制抗海水水泥混凝土,水泥 后期增幅较小。 用量450kg/m3,Sp36%,w/co.45,坍落度3~5cm, 表10 混凝土在不同介质溶液中的强度(MPa) 28d180d 28d180d 28d180d K97lO79.6 93.5 107.4 108.4 89.2 95.6 102.4 104.8 78.8 96.7 99.O 100.4 抗压强度 K9711 83.8 98.8 102.0 105.4 84.0 92.O 97.6 106.4 84.1 86.O 94.8 97.1 K9710 lO.1 9.9 10.0 9.6 11.0 lO.3 9.8 11.O lO.5 9.9 11.2 lO.3 抗折强度 K971l 9.1 10.1 lO.9 11.5 10.3 lO.6 10.9 10.8 9.8 11.O 9.5 10.5 3.抗腐蚀性能 Cso 10数据进行处理,计算在 SO;2 万mg/1进行抗冻试验。经 350 次冻融循环后,C,o 强2.4%、增重0.20%以上;Cso混凝土强度、质量 溶液及塘沽海水中养护试件与同组、同龄期淡水养有所增加,未发生强度损失与失重。说明其具有较 护试件的抗折强度比与抗压强度比,得到表 11。可 强的抵抗冰晶破坏的能力,与抵抗盐类析晶破坏的 以看出,所有比值均显著大于0.80,证明耐化学腐 试验结果一致。 蚀性能良好;但低于表 所列抗海水水泥的腐蚀系 6.混凝土的配制 F,这是因为混凝土中水泥量较少、骨料较多或 抗海水水泥除具有高抗腐蚀能力外,还具有早 试验方法不同导致的结果。 强、快硬、高强特征。在配制混凝土时,容重取 表11 混凝土试件在不同介质中的折、压强度比 2430kg/m3,最低水泥用量建议取360kg/m3;在淡水 万/mg/1塘沽海水 缺乏的场合,用海水拌制素混凝土,不影响强度与 28d 180d 28d180d K97101.09 1.04 O.98 1.14 1.04 1.00 1.12 1.07 抗腐蚀性能;对于钢筋混凝土工程,如用海水拌制 抗折强度比 K9711 1.13 1.05 1.00 0.94 1.08 1.09 0.87 0.91 K97lO 1.12 1.02 O.95 O.97 O.99 1.03 O.92 O.93 应使用 NaNOz 作阻锈剂;对于大体积工程或需要远 抗压强度比 K9711 1.00 O.93 0.96 1.01 1.00 O.87 O.93 0.92 距离输送时,应使用专用泵送剂或缓凝型泵送剂, 4.抗压疲劳强度 抗海水水泥对泵送剂有较严格的选择性;不使用外 水泥用量400kg/m3,Sp 33%,w/c 0.50,采用 加剂时,可制备 Cso 混凝土;使用外加剂时,◆▼可制备 PF 50试验机,在给定循环次数为 200 万次的作用 C泵送混凝土,坍落度 17~20cm。 下,荷载循环特征系数为 0.15 时,混凝土抗压疲 劳折减系数为0.574。 五.工程应用 5.抗冻性能 水泥用量460kg/m3,Sp 36%,w/c 0.30~0.40, 如表 12 所列,抗海水水泥混凝土工程经过 10 余年考验,现状完好。 25 万方数据 表12工程应用实例 海水、卤水的化学腐蚀,对于盐类析晶与冰晶的物 地点 工程部位 环境水 效果 理破坏,具有优异的抵抗性能。 so 2—5460mg/1 竣工 18 天津北塘大桥 Fl《1.65 Mg”5780mg/I 2.在高浓s02一溶液及海水腐蚀条件下,抗海 汉沽盐场铁路桥涵 SO;8600mg/l 竣工 18 R40.94Mg”22500mg/1 水水泥混凝土具有可靠的长期强度,3 年龄期的抗 60000mg/1竣工 18 南疆轮台铁路桥涵 压强度比 28d 仍有一定增长,与淡水养护试件的同 F30.90 M92+164700mg/1 引(排)水渠 竣工 18 龄期抗折强度比、抗压强度比均高于0.92。 大港电厂 涨、退潮频繁 护坡、路面 依然完好 3.使用抗海水水泥,★△◁◁▽▼可配制人工浇筑的C混陇海线 吴庄隧道 喷射、锚杆 3.it/2.5h,▲★-● 凝土及C泵送混凝土,工程应用情况良好。 回弹量