CN106885767A - 一种检测混凝土耐硫化腐蚀的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种检测混凝土耐硫化腐蚀的方法，其特征在于，在温度为20℃±2℃，试验湿度为80％±1％，二氧化硫浓度确定为1000ppm的环境下，对混凝土材料进行硫化实验。该方法通过确定二氧化硫的腐蚀制度，能够为此类环境中混凝土耐久性防腐工作提供依据，为国家有关部门制定相应规范标准提供借鉴。

Description

一种检测混凝土耐硫化腐蚀的方法

技术领域

本发明涉及混凝土耐久性领域，特别涉及一种检测混凝土耐硫化腐蚀的方法。

背景技术

大气中二氧化硫含量远小于二氧化碳含量，在一般大气环境中混凝土的耐久性问题主要考虑混凝土的碳化以及由碳化引起的钢筋锈蚀，但在部分工业厂区环境中，混凝土的硫化作用却远大于碳化作用。据《2010年环境统计年报》统计，2010年电力热力的生产及供应业、黑色金属冶炼及压延加工业、非金属矿物制品业三大行业共排放1245.1万吨二氧化硫，以冶炼厂、硫酸厂和火力发电厂等为代表的工业厂区，在生产制造二氧化硫的局部环境中，混凝土结构接触到的二氧化硫浓度更高，腐蚀破坏更为严重。

目前，关于二氧化硫对混凝土的腐蚀试验研究相对较少，国外关于二氧化硫腐蚀研究主要集中在金属材料方面，国内混凝土腐蚀研究主要围绕混凝土的碳化试验进行，相关研究方法和试验制度健全，而二氧化硫试验的相关试验制度没有统一标准。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种检测混凝土耐硫化腐蚀的方法。

本发明提供一种检测混凝土耐硫化腐蚀的方法，其是在温度为20℃±2℃，试验湿度为80％±1％，二氧化硫浓度确定为1000ppm的环境下，对混凝土材料进行硫化实验。

进一步地，所述硫化实验具体为：

将混凝土材料置于所述环境下预设天数，检测腐蚀前后的质量变化率，强度变化率，和硫化深度；

所述质量变化率的计算公式为：

式中：m—质量变化率

M₀—混凝土硫化前的质量，单位为kg

M_n—硫化n天后混凝土的质量，单位为kg；

所述强度变化率的计算公式为：

式中：Δf_n—混凝土硫化n天后的抗压强度变化率

f₀—混凝土硫化前的抗压强度值，单位为MPa

f_n—硫化n天后混凝土的抗压强度值，单位为MPa；

所述硫化深度的计算公式为：

式中：d_t—混凝土硫化t天后的平均硫化深度(mm)

d_i—各测点的硫化深度(mm)

n—测点总数。

本发明提供一种检测混凝土耐硫化腐蚀的方法，该方法通过确定二氧化硫的腐蚀制度，能够为此类环境中混凝土耐久性防腐工作提供依据，为国家有关部门制定相应规范标准提供借鉴。

具体实施方式

本发明公开了一种检测混凝土耐硫化腐蚀的方法，本领域技术人员可以借鉴本文内容，适当改进工艺参数实现。特别需要指出的是，所有类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，它们都被视为包括在本发明。本发明的方法及应用已经通过较佳实施例进行了描述，相关人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本文所述的方法和应用进行改动或适当变更与组合，来实现和应用本发明技术。

本发明提供一种检测混凝土耐硫化腐蚀的方法，其是在温度为20℃±2℃，试验湿度为80％±1％，二氧化硫浓度确定为1000ppm的环境下，对混凝土材料进行硫化实验。

进一步地，所述硫化实验具体为：

将混凝土材料置于所述环境下预设天数，检测腐蚀前后的质量变化率，强度变化率，和硫化深度；

所述质量变化率的计算公式为：

式中：m—质量变化率

M₀—混凝土硫化前的质量，单位为kg

M_n—硫化n天后混凝土的质量，单位为kg；

所述强度变化率的计算公式为：

式中：Δf_n—混凝土硫化n天后的抗压强度变化率

f₀—混凝土硫化前的抗压强度值，单位为MPa

f_n—硫化n天后混凝土的抗压强度值，单位为MPa；

所述硫化深度的计算公式为：

式中：d_t—混凝土硫化t天后的平均硫化深度(mm)

d_i—各测点的硫化深度(mm)

n—测点总数。

上述方法中关于温湿度的选取：

温度影响化学反应速率，温度升高能够加快离子的运动，提高化学反应速率，同时温度升高不利于气体在液体中的溶解，降低二氧化硫在孔隙液中的溶解度，不利于混凝土的硫化反应。本方法中温度选取为20℃±2℃。

湿度过高，混凝土孔隙处于相对饱和状态，不利于气体在试块中扩散，不利于反应进行，二氧化硫的腐蚀反应以液相反应为主，湿度过低时，二氧化硫溶解较少，降低反应速率。研究表明：湿度对中性化反应的影响可近视正态分布，当湿度为80％时中性化速度最大，故试验湿度设定为80％±1％。

上述方法中关于SO₂腐蚀试验制度的选取：

在特殊工业环境下混凝土结构受二氧化硫的腐蚀过程是极其缓慢的，为了解二氧化硫对混凝土的腐蚀规律以及掺矿物掺合料对混凝土的抗二氧化硫腐蚀性能的改善作用，本发明采用快速硫化试验进行研究分析。

特殊环境下二氧化硫的浓度因工业性质及所处环境不同而不同，大致的浓度范围为0～100ppm。于忠和胡蔚儒在《化工大气环境中混凝土的腐蚀机理及性能研究》一文中，所选取的二氧化硫浓度值为100g/m3，唐志永和金保升等人在《电站烟囱混凝土SO₂腐蚀模拟研究》一文中，试验所选用的二氧化硫浓度为3.5％，转换为体积浓度为3.5×10⁴ppm，杨鹏飞在《混凝土在二氧化硫环境中的腐蚀规律研究》一文中指出二氧化硫含量越高，混凝土被硫化后腐蚀程度越快越严重，其试验浓度采用3000ppm，该浓度下能够较好的观察混凝土的硫化进程及变化规律。本申请中设置二氧化硫浓度为1000ppm，选择该浓度即可以加速腐蚀速度，缩短测试时间，又使得待测样品具有适宜的硫化深度。

本发明提供一种检测混凝土耐硫化腐蚀的方法，该方法通过确定二氧化硫的腐蚀制度，能够为此类环境中混凝土耐久性防腐工作提供依据，为国家有关部门制定相应规范标准提供借鉴。

下面结合实施例，进一步阐述本发明：

实施例

试验采用C40混凝土作为基准组，水胶比统一采用0.4。为了防止混凝土外加剂以及各种矿物掺合料的影响，配制混凝土过程中仅选用砂、石、水泥和水，参照《普通混凝土配合比设计规程》(JGJ55-2011)所规定的内容，计算得出基准配合比，经实际试配并调整，最终得出实际配合比如表1所示。

表1本发明实施例用混凝土实际配合比

试验选用的试块大小为100×100×100(mm)，在同一温度20℃±2℃、湿度80％±1％，及二氧化硫浓度下进行硫化腐蚀试验，本试验周期确定为12天，每3天为一个测试周期，共进行四次试验循环。每组共27块试件进行试验，其中3块试件用于质量测试，12块试件用于4次强度测试，剩余12块试件用于4次硫化深度测试。为避免混淆，用于质量测试的3块试件需做好标记。除用于硫化深度测试的两个表面外，其余面用石蜡予以密封。硫化试验3天后，从二氧化硫腐蚀试验箱中取出同组的9块试件，其中被石蜡密封的3个试块来测试硫化深度，做标记的3块试件用于质量测试，另外3块试件用于做强度测试。用于质量测试的3块试块测试完后要继续放入硫化箱中进行下一腐蚀龄期的试验。如此往复循环进行试验，直至四次腐蚀龄期全部完成为止。测试内容包括质量变化率，强度变化率以及硫化深度三个方面，相关硫化指标按下列方法进行计算确定：

(1)质量变化率：先对测试试块表面清理，然后放入60℃的烘干箱内烘干48小时，用电子计重秤称量，精确至0.01克，取三块试块的平均值质量作为试验结果，然后计算混凝土试块相应腐蚀龄期的质量变化率，计算公式见(式2.1)。

式中：m—质量变化率(％)；

M₀—混凝土硫化前的质量(kg)；

M_n—硫化n天后混凝土的质量(kg)。

(2)强度变化率：取同组3块试件的平均强度作为该次试验的强度测试值，用强度变化率来表述混凝土硫化后的强度变化情况，抗压强度变化率按(式2.2)计算。

式中：Δf_n—混凝土硫化n天后的抗压强度变化率(％)；

f₀—混凝土硫化前的抗压强度值(MPa)；

f_n—硫化n天后混凝土的抗压强度值(MPa)。

(3)硫化深度：试块劈裂后刷去断面上残存粉末，喷上浓度为1％的酒精酚酞溶液，30s后待显色稳定后用游标卡尺测量硫化深度，精确到0.01mm。

混凝土在各腐蚀龄期的平均硫化深度计算公式如(式2.3)，计算精度精确至0.01mm。

式中：d_t—试件硫化t天后的平均硫化深度(mm)；

d_i—各测点的硫化深度(mm)；

n—测点总数。

为了能够全面了解二氧化硫对混凝土腐蚀破坏规律，本文分别对10ppm、100ppm、1000ppm这三个数量级进行硫化试验，选取3d、6d、9d、12d对试验组的外观变化、质量变化、强度测试值以及硫化深度进行观测，试验表明：当浓度为1000ppm这个数量级的时候，硫化现象较明显，且硫化深度适中，便于测量，然后又分别对2000ppm、3000ppm这两个试验浓度进行了硫化试验，试验结果如表2～5。

表2硫化后混凝土的外观变化

表3硫化后各龄期混凝土质量变化

注：+表示质量增加，-表示质量减少。

表4硫化后各龄期混凝土强度测试值

注：f表示强度，其后的数字0、3、6、9、12分别表示混凝土硫化天数，如f₆表示混凝土硫化6天后的强度值。

表5测试浓度下混凝土硫化深度(单位：mm)

注：d表示硫化深度，其后的数字0、3、6、9、12分别表示混凝土硫化天数，如d₆表示混凝土硫化6天后的硫化深度。

通过试验证明，随着二氧化硫浓度的不同，硫化后混凝土试块外观有明显差异，硫化初期，混凝土试块开始泛黄，随硫化反应继续进行，试块表面有白色晶体析出，当二氧化硫浓度过大时，硫化后期混凝土试块“变酥”伴有细微裂纹产生；在质量变化方面，当浓度为10ppm、100ppm时质量几乎无变化，当浓度为1000ppm、2000ppm、3000ppm时，质量变化较明显，质量随硫化龄期呈逐渐增加的变化趋势，且浓度越大质量变化越大；在抗压强度方面，当浓度为10ppm、100ppm时强度测试值基本不变，当浓度为1000ppm、2000ppm、3000ppm时，强度增减变化明显，当浓度为1000ppm时，强度变化大致呈先增后减的变化趋势，当浓度为2000ppm时，强度出现先增后减再增的变化，当浓度为3000ppm时，强度出现先增后减再增再减的折线型变化；在硫化深度方面，当二氧化硫浓度较小时，硫化深度很小甚至为零，当浓度为2000ppm或3000ppm时，由于硫化反应强烈，硫化12天后，混凝土相对的硫化面深度之和大于试块边长的60％，硫化速度过快不利于分析硫化进程，故选取1000ppm作为试验的二氧化硫标准浓度。

本发明提供一种检测混凝土耐硫化腐蚀的方法，采用该方法能够为此类环境中混凝土耐久性防腐工作提供依据，为国家有关部门制定相应规范标准提供借鉴。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种检测混凝土耐硫化腐蚀的方法，其特征在于，在温度为20℃±2℃，试验湿度为80％±1％，二氧化硫浓度确定为1000ppm的环境下，对混凝土材料进行硫化实验。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述硫化实验具体为：

将混凝土材料置于所述环境下预设天数，检测腐蚀前后的质量变化率，强度变化率，和硫化深度；

所述质量变化率的计算公式为：

$m=\frac{M_n-M_0}{M_0}\×100\%$

式中：m—质量变化率

M₀—混凝土硫化前的质量，单位为kg

M_n—硫化n天后混凝土的质量，单位为kg；

所述强度变化率的计算公式为：

${\mathrm{\Δf}}_n=\frac{f_n-f_0}{f_0}\×100\%$

式中：Δf_n—混凝土硫化n天后的抗压强度变化率

f₀—混凝土硫化前的抗压强度值，单位为MPa

f_n—硫化n天后混凝土的抗压强度值，单位为MPa；

所述硫化深度的计算公式为：

$d_t=\frac{1}{n}\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{d}_i$

式中：d_t—混凝土硫化t天后的平均硫化深度(mm)

d_i—各测点的硫化深度(mm)

n—测点总数。