一种评价混凝土抗酸耐久性的方法
一种评价混凝土抗酸耐久性的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种评价混凝土抗酸耐久性的方法，属于工程材料技术领域。
【背景技术】
[0002] 近年来由于我国经济的飞速发展，化石燃料的大量燃烧以及工业废气的大量排放 使得我国的酸雨情况越来越严重，酸雨能对外露的混凝土结构造成直接破坏，此外，酸雨降 落后形成的酸性水也会对地下构筑物造成破坏。同时，大量的工业酸性废水及以硫铁矿为 主的矿山开采过程中形成硫酸型酸性废水的排放，会污染地表水、地下水使其呈酸性，破坏 污水处理池、地下管道、隧道以及桥梁粧基等地下混凝土结构。因此酸性环境下混凝土结构 的耐久性问题不容忽视。
[0003] 酸雨或者酸性废水的破坏机理都是H+及SO广等离子渗入混凝土内部后，与混凝土 硬化浆体反应，从而破坏混凝土的结构。在酸性环境下，干湿循环、冻融及疲劳荷载等其它 破坏形式的耦合作用，都能加速混凝土结构性能的劣化。另外，一旦酸性物质破坏钢筋混凝 土表面的钢筋保护层，就能在极短的时间内破坏钢筋表面钝化膜，钢筋锈蚀造成结构发生 膨胀性开裂，钢筋混凝土结构产生永久性破解。
[0004] 水泥主要水化产物为碱性的水化硅酸盐、水化铝酸盐以及大量的Ca(0H)2，当酸性 溶液与混凝土表面接触时，根据Fick定律，溶液中的H+在化学位梯度的作用下向混凝土内 部扩散，扩散过程中H+优先与硬化浆体中的Ca(0H) 2发生中和反应，急剧降低硬化浆体的碱 度，水化硅酸钙和水化铝酸钙失去稳定性而分解溶出导致混凝土结构进一步发生破坏。同 时，酸雨中的SO广向混凝土内部扩散，并与游离的Ca2+反应生成生成石膏并结晶导致内部 体积膨胀，产生很大的内应力，对混凝土造成膨胀破坏。
[0005] 目前为止，并没有相关规定提出混凝土抗酸侵蚀的试验方法，也没有一个较系统 的评价混凝土抗酸耐久性的指标体系。
【发明内容】
[0006] 本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的上述不足，提供一种评价混 凝土抗酸耐久性的方法。
[0007] 为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案是：
[0008] 提供一种评价混凝土抗酸耐久性的方法，其步骤如下：
[0009] 1)参照中华人民共和国普通混凝土力学性能试验方法标准GB/T50081-2002,制 备7组混凝土强度测试试件以及1组酸性化深度测试试件，每组均含3个试件；
[0010] 2)将步骤1)所得混凝土强度测试试件以及酸性化深度测试试件在标准养护室养 护26d，然后干燥养护2d，再置于分析纯浓硫酸和分析纯浓硝酸配制的混合酸液中浸泡，所 述混合酸液pH值为2. 0±0. 05,每隔24h用分析纯浓硝酸调整混合酸液的pH值使其保持 在2. 0±0. 05,每浸泡5d取出再干燥2d，并更换一次混合酸液，此为一个浸泡-干燥循环周 期，每经历4个浸泡-干燥循环周期后，测定一组混凝土强度测试试件的抗压强度X(t)以 及一组酸性化深度测试试件测试面的未腐蚀部分宽度b(t)，共计测试6次抗压强度X(t)和 未腐蚀部分宽度b(t)数据；
[0011] 3)根据步骤2)所得抗压强度X(t)计算混凝土耐酸腐蚀系数Q，Q=X(t)/X(0)， 其中X(0)为混凝土的初始抗压强度值，即标准养护26d再干燥养护2d后测得的混凝土强 度测试试件的抗压强度值；
[0012] 4)根据步骤2)所得未腐蚀部分宽度b(t)计算混凝土酸性化深度d，d=(b(0) - b(t))/2,其中b(0)为酸性化深度测试试件测试面原有的宽度；
[0013] 5)依据步骤3)所得混凝土耐酸腐蚀系数Q和步骤4)所得混凝土酸性化深度d数 据情况将混凝土抗腐蚀等级分为I、II、III、IV级，再根据混凝土抗腐蚀等级评价混凝土的 抗酸腐蚀等级、抗酸性能及适用环境作用等级，各等级对应的性能为：抗腐蚀等级分类为I 级，则评价抗酸腐蚀等级为很高，抗酸性能为高抗腐蚀，适用环境作用等级为V-E;抗腐蚀 等级分类为II级，则评价抗酸腐蚀等级为高，抗酸性能为抗腐蚀，适用环境作用等级为V-D; 抗腐蚀等级分类为III级，则评价抗酸腐蚀等级为中，抗酸性能为耐腐蚀，适用环境作用等 级为V-C;抗腐蚀等级分类为IV级，则评价抗酸腐蚀等级为低，抗酸性能为不耐腐蚀，不适 合酸性环境，其中，V-C、V-D、V-E为参照中华人民共和国混凝土结构耐久性设计规范GB/T 50476-2008分别将中度、严重、非常严重的酸性环境进行的分类；
[0014]所述I、II、III、IV级标准如下：
[0015] 在经历4个浸泡-干燥循环周期后：A.若测得Q>1. 04,且d〈0. 20,则抗腐蚀等级 分类为I级；B.若测得1. 02〈Q兰1. 04且0? 20兰d〈0. 50,或者Q>1. 02且0? 20兰d〈0. 50， 或者1. 02〈Q兰L04且d〈0. 50则抗腐蚀等级分类为II级；C.若测得L00〈Q兰L02且 0? 50 兰d〈l. 00,或者Q>1. 00 且 0? 50 兰d〈l. 00,或者 1. 00〈Q兰 1. 02 且d〈l. 00,则抗腐蚀 等级分类为III级；D.若测得Q兰1. 02且d兰1. 00,或者Q兰1. 02,或者d兰1. 00,则抗腐 蚀等级分类为IV级；或
[0016] 在经历8个浸泡-干燥循环周期后：A.若测得Q>1. 04且d〈0. 50,则抗腐蚀等级 分类为I级；B.若测得0? 98〈Q兰1. 04且0? 50兰d〈l. 00,或者Q>0. 98且0? 50兰d〈l. 00， 或者0? 98〈Q兰1. 04且d〈l. 00,则抗腐蚀等级分类为II级；C.若测得0? 96〈Q兰0? 98且 1. 00 兰d〈l. 50,或者Q>0. 96 且 1. 00 兰d〈l. 50,或者 0? 96〈Q兰 0? 98 且d〈l. 50,则抗腐蚀 等级分类为III级；D.若测得Q兰0? 96且d兰1. 50,或者Q兰0? 96,或者d兰1. 50,则抗腐 蚀等级分类为IV级；或
[0017] 在经历12个浸泡-干燥循环周期后：A.若测得Q>1. 03且d〈l. 50,则抗腐蚀等级 分类为I级；B.若测得0? 96〈Q兰1. 03且1. 50兰d〈2. 50,或者Q>0. 96且1. 50兰d〈2. 50， 或者0? 96〈Q兰1. 03且d〈2. 50,则抗腐蚀等级分类为II级；C.若测得0? 92〈Q兰0? 96且 2. 50 兰d〈3. 50,或者Q>0. 92 且 2. 50 兰d〈3. 50,或者 0? 92〈Q兰 0? 96 且d〈3. 50,则抗腐蚀 等级分类为III级；D.若测得Q兰0? 92,且d兰3. 50,或者Q兰0? 92,或者d兰3. 50,则抗腐 蚀等级分类为IV级；或
[0018] 在经历16个浸泡-干燥循环周期后：A.若测得Q>1. 02且d〈2. 50,则抗腐蚀等级 分类为I级；B.若测得0? 94〈Q兰1. 02且2. 50兰d〈3. 50,或者Q>0. 94且2. 50兰d〈3. 50， 或者0? 94〈Q兰1. 02且d〈3. 50,则抗腐蚀等级分类为II级；C.若测得0? 88〈Q兰0? 94且 3. 50 兰d〈5. 50,或者Q>0. 88 且 3. 50 兰d〈5. 50,或者 0? 88〈Q兰 0? 94 且d〈5. 50,则抗腐蚀 等级分类为III级；D.若测得Q兰0? 88,且d兰5. 50,或者Q兰0? 88,或者d兰5. 50,则抗腐 蚀等级分类为IV级；或
[0019] 在经历20个浸泡-干燥循环周期后：A.若测得Q>1. 01且d〈3. 50,则抗腐蚀等级 分类为I级；B.若测得0? 92〈Q兰1. 01且3. 50兰d〈5. 00,或者Q>0. 92且3. 50兰d〈5. 00， 或者0? 92〈Q兰1. 01且d〈5. 00,则抗腐蚀等级分类为II级；C.若测得0? 84〈Q兰0? 92且 5. 00 兰d〈8. 50,或者Q>0. 84 且 5. 00 兰d〈8. 50,或者 0? 84〈Q兰 0? 92 且d〈8. 50,则抗腐蚀 等级分类为III级；D.若测得Q兰0? 84,且d兰8. 50,或者Q兰0? 84,或者d兰8. 50,则抗腐 蚀等级分类为IV级；或
[0020] 在经历24个浸泡-干燥循环周期后：A.若测得Q>1. 00且d〈5. 00,则抗腐蚀等级 分类为I级；B.若测得0? 90〈Q兰1. 00且5. 00兰d〈8. 00,或者Q>0. 90且5. 00兰d〈8. 00， 或者0? 90〈Q兰1. 00且d〈8. 00,则抗腐蚀等级分类为II级；C.若测得0? 8〈Q兰0? 90且 8. 00 兰d〈12. 00,或者Q>0. 80 且 8. 00 兰d〈12. 00,或者 0? 80〈Q兰 0? 90 且d〈12. 00,则抗腐 蚀等级分类为III级；D.若测得Q兰0? 80且d兰12. 00,或者Q兰0? 80,或者d兰12. 00,则 抗腐蚀等级分类为IV级；
[0021] 当各循环周期数据得出的抗腐蚀等级不同时，抗腐蚀等级定为其中重复次数最多 的一个等级。
[0022] 按上述方案，步骤1)所述混凝土强度测试试件尺寸为lOOmmXlOOmmX100mm，所 述酸性化深度测试试件尺寸为100_X400_X100mm;步骤4)所述b(0) = 100mm。
[0023] 按上述方案，步骤2)所述分析纯浓硫酸和分析纯浓硝酸配制的混合酸液中硫酸 与硝酸摩尔比为5 :1。
[0024] 按上述方案，步骤2)所述浸泡条件为：在室内进行，温度为20±2°C;浸泡后的干 燥条件为：在室内进行，温度为20 ± 2 °C，相对湿度为60 ± 5 %。
[0025] 按上述方案，步骤2)所述浸泡的方式为：采用全浸的浸泡方式，试件之间保持 50mm的间距，试件与容器壁的间距不小于50mm，混合酸液表面超出试件上表面50mm。
[0026] 按上述方案，步骤2)所述未腐蚀部分宽度b(t)测试方法为：将每个酸性化深度 测试试件的左右两端面在浸泡前均以石蜡密封，测试时从每个试件一端切下长度为50mm 的混凝土端头部分，将切开的两个横断面用水冲洗干净并晾干，随后分别喷洒质量浓度为 0. 1 %的茜黄素-R水溶液，测呈紫色部分的混凝土的宽度，取平均值记为b(t)。
[0027] 考虑到我国危害较大的为酸雨，且主要是硫酸型酸雨（又称燃煤型酸雨，酸雨中 S0427N03->3)，硫酸根的含量较高，因此本发明参考GB/T50082-2009《普通混凝土长期性能 和耐久性试验方法标准》中关于混凝土抗硫酸盐侵蚀实验方法，以立方体抗压强度为指标 来评价混凝土在酸性环境下的性能的劣化，并在此基础上提出混凝土耐酸腐蚀系数Q的概 念；另外，由于钢筋混凝土的保护层能够有效地阻止侵蚀物质对于钢筋的破坏，测试酸性侵 蚀物质在规定时间内进入到混凝土中的深度能够有效地评价酸性环境对于混凝土的侵蚀 程度以及混凝土的抗酸腐蚀能力。混凝土酸性化深度d的测量受试件成型的过程影响较 大，为了减少由于试件的不均匀所带来的误差，采用同一组棱柱体试件，通过定期测定同组 试件在不同侵蚀龄期、不同横断面的酸性化深度，监测酸性物质进入混凝土内部的深度，从 而尽可能减少实验误差。由于试件在酸性环境下会发生表面溶蚀，酸性化深度不能直接测 量，因此采用间接方法，测定未腐蚀部分宽度，再通过计算获得酸性化深度。由于实际酸性 环境中，混凝土结构的破坏往往要经历数年乃至数十年的时间，为了在短时间内获得混凝 土的抗酸耐久性，必须采用加速实验方法，通过降低酸性环境的pH值，以加速侵蚀过程的 进行。同时，考虑到实际酸性环境存在干湿循环现象，而干燥过程中可能会产生盐类的结晶 破坏，因此需采用以酸液浸泡-干燥交替的循环制度，以模拟实际环境中的酸性环境下的 侵蚀过程。
[0028] 本发明的有益效果在于：本发明通过将待评价混凝土在强酸性环境下加速侵蚀测 试混凝土耐酸腐蚀系数Q和混凝土酸性化深度d，与统计结果进行对比，构建出一套水泥混 凝土体系抗酸耐久性的评价方法。该评价方法建立了混凝土的分级指标，有利于快速评价 混凝土的抗酸耐久性等级；另外，通过对不同环境及不同混凝土进行分级，可以确定在不同 环境等级下需要的水泥混凝土结构的抗酸耐久性要求，指导不同酸性环境下水泥混凝土结 构的耐久性设计。
【附图说明】
[0029] 图1为本发明实施例1所制备的酸性化深度测试试件尺寸及切割位置意图；
[0030] 图2为实施例1所切下来的混凝土端头部分的横断面及混凝土酸性化深度测试示 意图。
【具体实施方式】
[0031] 为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明作进 一步详细描述。
[0032] 实施例1
[0033] 按照表1所述配比配制C40混凝土用于抗酸耐久性评价，其中，水胶比（W/C)为 0. 35,砂率为39%，水泥采用葛洲坝水泥厂生产的42. 5级高抗硫酸硅酸盐水泥，碎石为 5-20_的石灰石质连续级配碎石，砂为天然河砂，细度模数为2. 7,外加剂为市售聚羧酸型 高效减水剂（减水率为28% )。
[0034] 表1C40混凝土配合比
[0036] 评价上述制备的混凝土的抗酸耐久性，步骤如下：
[0037] 1)参照中华人民共和国参照中华人民共和国普通混凝土力学性能试验方法标准 GB/T50081-2002,制备7组混凝土强度测试试件以及1组酸性化深度测试试件，每组均含 3个试件，其中混凝土强度测试试件尺寸为100_X100_X100_，酸性化深度测试试件尺 寸为 100mmX400mmX100mm;
[0038] 2)将上述所得混凝土强度测试试件以及酸性化深度测试试件在标准养护室养护 26d，然后干燥养护2d，再置于分析纯浓硫酸和分析纯浓硝酸配制的混合酸液中浸泡（混合 酸液中硫酸与硝酸摩尔比为5 :1，浸泡条件为：在室内进行，温度为20±2°C，采用全浸的浸 泡方式，试件之间保持50mm的间距，试件与容器壁的间距不小于50mm，混合酸液表面超出 试件上表面50mm)，所述混合酸液pH值为2. 0±0. 05,每隔24h用分析纯浓硝酸调整混合酸 液的pH值使其保持在2. 0±0. 05,每浸泡5d取出再干燥2d(干燥条件为：在室内进行，温 度为20 ± 2°C，相对湿度为60 ± 5 % )，并更换一次混合酸液，此为一个浸泡-干燥循环周期， 每经历4个浸泡-干燥循环周期后，测定一组混凝土强度测试试件的抗压强度X(t)以及一 组酸性化深度测试试件测试面的未腐蚀部分宽度b(t)，共计测试6次抗压强度X(t)和未腐 蚀部分宽度b(t)数据；
[0039] 如图1所示为本实施例所制备的酸性化深度测试试件尺寸及切割位置意图，未腐 蚀部分宽度b(t)测试方法为：将每个酸性化深度测试试件的左右两端面在浸泡前均以石 蜡密封，测试时用岩石切割机从每个试件一端切下长度为50mm的混凝土端头部分，将切开 的两个横断面用水冲洗干净并晾干，随后分别喷洒质量浓度为〇. 1 %的茜黄素-R水溶液， 测呈紫色部分的混凝土的宽度，取平均值记为b(t)。余下部分风干并以石蜡密封端部后继 续进行侵蚀。如图2所示为本实施例所切下来的混凝土端头部分的横断面及混凝土酸性化 深度测试示意图，图a为未受腐蚀的断面，全部呈紫色；图b为腐蚀一定周期后的断面，外圈 呈无色部分为已溶蚀部分，中间呈黄色部分为受酸腐蚀但未溶蚀部分，内部呈紫色部分为 未腐蚀部分；图c为测量位置示意图，每个断面选取5个位置测其呈紫色部分宽度，相邻测 点位置间隔多l〇mm，当测量位置有碎石时，宜上下移动测点以避开，未腐蚀部分宽度b(t) 取一组试块6个断面共30个测点的数据取平均值。
[0040] 3)根据步骤2)所得抗压强度X(t)计算混凝土耐酸腐蚀系数Q，Q=X(t)/X(0)， 其中X(0)为混凝土的初始抗压强度值，即标准养护26 d再干燥养护2d后测得的混凝土强 度测试试件的抗压强度值（本实施例测得X(0)定为100.00);
[0041] 4)根据步骤2)所得未腐蚀部分宽度b(t)计算混凝土酸性化深度d，d= (100 - b(t))/2 ；
[0042] 5)依据步骤3)所得混凝土耐酸腐蚀系数Q和步骤4)所得混凝土酸性化深度d数 据情况将混凝土抗腐蚀等级分为I、II、III、IV级，再根据混凝土抗腐蚀等级评价混凝土的 抗酸腐蚀等级、抗酸性能及适用环境作用等级，各等级对应的性能为：抗腐蚀等级分类为I 级，则评价抗酸腐蚀等级为很高，抗酸性能为高抗腐蚀，适用环境作用等级为V-E;抗腐蚀 等级分类为II级，则评价抗酸腐蚀等级为高，抗酸性能为抗腐蚀，适用环境作用等级为V-D; 抗腐蚀等级分类为III级，则评价抗酸腐蚀等级为中，抗酸性能为耐腐蚀，适用环境作用等 级为V-C;抗腐蚀等级分类为IV级，则评价抗酸腐蚀等级为低，抗酸性能为不耐腐蚀，不适 合酸性环境，其中，V-C、V-D、V-E为参照中华人民共和国混凝土结构耐久性设计规范GB/T 50476-2008分别将中度、严重、非常严重的酸性环境进行的分类；
[0043]所述I、II、III、IV级标准如下：
[0044] 在经历4个浸泡-干燥循环周期后：A.若测得Q>1. 04,且d〈0. 20,则抗腐蚀等级 分类为I级；B.若测得1. 02〈Q兰1. 04且0? 20兰d〈0. 50,或者Q>1. 02且0? 20兰d〈0. 50， 或者1. 02〈Q兰L04且d〈0. 50则抗腐蚀等级分类为II级；C.若测得L00〈Q兰L02且 0? 50 兰d〈l. 00,或者Q>1. 00 且 0? 50 兰d〈l. 00,或者 1. 00〈Q兰 1. 02 且d〈l. 00,则抗腐蚀 等级分类为III级；D.若测得Q兰1. 02且d兰1. 00,或者Q兰1. 02,或者d兰1. 00,则抗腐 蚀等级分类为IV级；或
[0045] 在经历8个浸泡-干燥循环周期后：A.若测得Q>1. 04且d〈0. 50,则抗腐蚀等级 分类为I级；B.若测得0? 98〈Q兰1. 04且0? 50兰d〈l. 00,或者Q>0. 98且0? 50兰d〈l. 00， 或者0? 98〈Q兰1. 04且d〈l. 00,则抗腐蚀等级分类为II级；C.若测得0? 96〈Q兰0? 98且 1. 00 兰d〈l. 50,或者Q>0. 96 且 1. 00 兰d〈l. 50,或者 0? 96〈Q兰 0? 98 且d〈l. 50,则抗腐蚀 等级分类为III级；D.若测得Q兰0? 96且d兰1. 50,或者Q兰0? 96,或者d兰1. 50,则抗腐 蚀等级分类为IV级；或
[0046] 在经历12个浸泡-干燥循环周期后：A.若测得Q>1. 03且d〈l. 50,则抗腐蚀等级 分类为I级；B.若测得0? 96〈Q兰1. 03且1. 50兰d〈2. 50,或者Q>0. 96且1. 50兰d〈2. 50， 或者0? 96〈Q兰1. 03且d〈2. 50,则抗腐蚀等级分类为II级；C.若测得0? 92〈Q兰0? 96且 2. 50 兰d〈3. 50,或者Q>0. 92 且 2. 50 兰d〈3. 50,或者 0? 92〈Q兰 0? 96 且d〈3. 50,则抗腐蚀 等级分类为III级；D.若测得Q兰0?92,且d兰3. 50,或者Q兰0?92,或者d兰3. 50,则抗腐 蚀等级分类为IV级；或
[0047] 在经历16个浸泡-干燥循环周期后：A.若测得Q>1. 02且d〈2. 50,则抗腐蚀等级 分类为I级；B.若测得0? 94〈Q兰1. 02且2. 50兰d〈3. 50,或者Q>0. 94且2. 50兰d〈3. 50， 或者0? 94〈Q兰1. 02且d〈3. 50,则抗腐蚀等级分类为II级；C.若测得0? 88〈Q兰0? 94且 3. 50 兰d〈5. 50,或者Q>0. 88 且 3. 50 兰d〈5. 50,或者 0? 88〈Q兰 0? 94 且d〈5. 50,则抗腐蚀 等级分类为III级；D.若测得Q兰0?88,且d兰5. 50,或者Q兰0?88,或者d兰5. 50,则抗腐 蚀等级分类为IV级；或
[0048] 在经历20个浸泡-干燥循环周期后：A.若测得Q>1. 01且d〈3. 50,则抗腐蚀等级 分类为I级；B.若测得0? 92〈Q兰1. 01且3. 50兰d〈5. 00,或者Q>0. 92且3. 50兰d〈5. 00， 或者0? 92〈Q兰1. 01且d〈5. 00,则抗腐蚀等级分类为II级；C.若测得0? 84〈Q兰0? 92且 5. 00 兰d〈8. 50,或者Q>0. 84 且 5. 00 兰d〈8. 50,或者 0? 84〈Q兰 0? 92 且d〈8. 50,则抗腐蚀 等级分类为III级；D.若测得Q兰0? 84,且d兰8. 50,或者Q兰0? 84,或者d兰8. 50,则抗腐 蚀等级分类为IV级；或
[0049] 在经历24个浸泡-干燥循环周期后：A.若测得Q>1. 00且d〈5. 00,则抗腐蚀等级 分类为I级；B.若测得0? 90〈Q兰1. 00且5. 00兰d〈8. 00,或者Q>0. 90且5. 00兰d〈8. 00， 或者0? 90〈Q兰1. 00且d〈8. 00,则抗腐蚀等级分类为II级；C.若测得0? 8〈Q兰0? 90且 8. 00 兰d〈12. 00,或者Q>0. 80 且 8. 00 兰d〈12. 00,或者 0? 80〈Q兰 0? 90 且d〈12. 00,则抗腐 蚀等级分类为III级；D.若测得Q兰0? 80且d兰12. 00,或者Q兰0? 80,或者d兰12. 00,则 抗腐蚀等级分类为IV级。
[0050] 按照上述方法，将制备的混凝土试件养护至相应龄期后并干燥后，测其初始强度 X(0)，其它试件每经历4个浸泡-干燥循环周期后，测定一组混凝土强度测试试件的抗压强 度X(t)以及一个酸性化深度测试试件测试面的未腐蚀部分宽度b(t)，共计测试6次抗压强 度X(t)和未腐蚀部分宽度b(t)数据，得出的数据及结果如表2所述。
[0051] 表2混凝土各龄期数据及抗酸耐久性评价结果
[0052]
[0053] 由表2数据可知，各循环周期的抗酸腐蚀等级除了第三个月为III级外，其余5个月 均为为II级，因此评定该混凝土抗酸腐蚀等级为II级，抗酸腐蚀等级为高，抗酸性能为抗腐 蚀，适用环境作用等级为V-D。由于该配合比采用的是高抗硫酸硅酸盐水泥，对于含有硫酸 根离子的酸具有一定的抗腐蚀能力，另外，由于该配比掺入20%粉煤灰，后期潜在的火山灰 活性得以激发，使得混凝土更加密实，侵蚀离子在混凝土的扩散受阻，而且在该激发中，硬 化浆体中的氢氧化钙被部分消耗，混凝土的整体碱性降低，以上种种原因都能增加混凝土 的抗酸耐久性，这与评定结果也一致，因此可以得出该混凝土配合比适用于V-D环境作用 等级下的混凝土施工。
【主权项】
1. 一种评价混凝土抗酸耐久性的方法，其特征在于步骤如下： 1) 参照中华人民共和国参照中华人民共和国普通混凝土力学性能试验方法标准GB/T 50081-2002,制备7组混凝土强度测试试件以及1组酸性化深度测试试件，每组均含3个试 件； 2) 将步骤1)所得混凝土强度测试试件以及酸性化深度测试试件在标准养护室养护 26d，然后干燥养护2d，再置于分析纯浓硫酸和分析纯浓硝酸配制的混合酸液中浸泡，所述 混合酸液pH值为2. 0±0. 05,每隔24h用分析纯浓硝酸调整混合酸液的pH值使其保持在 2. 0±0. 05,每浸泡5d取出再干燥2d，并更换一次混合酸液，此为一个浸泡-干燥循环周期， 每经历4个浸泡-干燥循环周期后，测定一组混凝土强度测试试件的抗压强度X(t)以及 一一组酸性化深度测试试件测试面的未腐蚀部分宽度b(t)，共计测试6次抗压强度X(t)和 未腐蚀部分宽度b(t)数据； 3) 根据步骤2 )所得抗压强度X(t)计算混凝土耐酸腐蚀系数Q，Q=X(t)/X(O)，其中 X(O)为混凝土的初始抗压强度值，即标准养护26d再干燥养护2d后测得的混凝土强度测试 试件的抗压强度值； 4) 根据步骤2)所得未腐蚀部分宽度b(t)计算混凝土酸性化深度d，d= (b(0) - b(t))/2,其中b(0)为酸性化深度测试试件测试面原有的宽度； 5) 依据步骤3)所得混凝土耐酸腐蚀系数Q和步骤4)所得混凝土酸性化深度d数据情 况将混凝土抗腐蚀等级分为I、II、III、IV级，再根据混凝土抗腐蚀等级评价混凝土的抗酸 腐蚀等级、抗酸性能及适用环境作用等级，评价标准为：抗腐蚀等级分类为I级，则评价抗 酸腐蚀等级为很高，抗酸性能为高抗腐蚀，适用环境作用等级为V-E;抗腐蚀等级分类为II 级，则评价抗酸腐蚀等级为高，抗酸性能为抗腐蚀，适用环境作用等级为V-D;抗腐蚀等级 分类为III级，则评价抗酸腐蚀等级为中，抗酸性能为耐腐蚀，适用环境作用等级为V-C;抗 腐蚀等级分类为IV级，则评价抗酸腐蚀等级为低，抗酸性能为不耐腐蚀，不适合酸性环境， 其中，V-C、V-D、V-E为参照中华人民共和国混凝土结构耐久性设计规范GB/T50476-2008 分别将中度、严重、非常严重的酸性环境进行的分类； 所述I、II、III、IV级标准如下： 在经历4个浸泡-干燥循环周期后：A.若测得Q>1. 04,且d〈0. 20,则抗腐蚀等级分 类为I级；B.若测得I. 02〈Q兰L 04且0? 20兰d〈0. 50,或者Q>1. 02且0? 20兰d〈0. 50， 或者I. 02〈Q兰L 04且d〈0. 50则抗腐蚀等级分类为II级；C若测得L 00〈Q兰L 02且 0? 50兰d〈l. 00,或者Q>1. 00且0? 50兰d〈l. 00,或者I. 00〈Q兰L 02且d〈l. 00,则抗腐蚀 等级分类为III级；D.若测得Q兰L02且d兰L00，或者Q兰L02,或者d兰L00，则抗腐 蚀等级分类为IV级；或 在经历8个浸泡-干燥循环周期后：A.若测得Q>1. 04且d〈0. 50,则抗腐蚀等级分 类为I级；B.若测得0? 98〈Q兰L 04且0? 50兰d〈l. 00,或者Q>0. 98且0? 50兰d〈l. 00， 或者0? 98〈Q兰L 04且d〈l. 00,则抗腐蚀等级分类为II级；C.若测得0? 96〈Q兰0? 98且 L 00兰d〈l. 50,或者Q>0. 96且L 00兰d〈l. 50,或者0? 96〈Q兰0? 98且d〈l. 50,则抗腐蚀 等级分类为III级；D.若测得Q兰0? 96且d兰L 50,或者Q兰0? 96,或者d兰L 50,则抗腐 蚀等级分类为IV级；或 在经历12个浸泡-干燥循环周期后：A.若测得Q>1. 03且d〈l. 50,则抗腐蚀等级分 类为I级；B.若测得0? 96〈Q兰I. 03且I. 50兰d〈2. 50,或者Q>0. 96且I. 50兰d〈2. 50，或者0? 96〈Q兰L 03且d〈2. 50,则抗腐蚀等级分类为II级；C.若测得0? 92〈Q兰0? 96且 2. 50兰d〈3. 50,或者Q>0. 92且2. 50兰d〈3. 50,或者0? 92〈Q兰0? 96且d〈3. 50,则抗腐蚀 等级分类为III级；D.若测得Q兰0? 92,且d兰3. 50,或者Q兰0? 92,或者d兰3. 50,则抗腐 蚀等级分类为IV级；或 在经历16个浸泡-干燥循环周期后：A.若测得Q>1. 02且d〈2. 50,则抗腐蚀等级分 类为I级；B.若测得 0? 94〈Q兰L02 且 2. 50 兰d〈3. 50,或者Q>0. 94 且 2. 50 兰d〈3. 50， 或者0? 94〈Q兰L02且d〈3. 50,则抗腐蚀等级分类为II级；C.若测得0? 88〈Q兰0? 94且 3. 50兰d〈5. 50,或者Q>0. 88且3. 50兰d〈5. 50,或者0? 88〈Q兰0? 94且d〈5. 50,则抗腐蚀 等级分类为III级；D.若测得Q兰0? 88,且d兰5. 50,或者Q兰0? 88,或者d兰5. 50,则抗腐 蚀等级分类为IV级；或 在经历20个浸泡-干燥循环周期后：A.若测得Q>1. 01且d〈3. 50,则抗腐蚀等级分 类为I级；B.若测得0? 92〈Q兰I. 01且3. 50兰d〈5. 00,或者Q>0. 92且3. 50兰d〈5. 00， 或者0? 92〈Q兰L 01且d〈5. 00,则抗腐蚀等级分类为II级；C.若测得0? 84〈Q兰0? 92且 5. 00兰d〈8. 50,或者Q>0. 84且5. 00兰d〈8. 50,或者0? 84〈Q兰0? 92且d〈8. 50,则抗腐蚀 等级分类为III级；D.若测得Q兰0? 84,且d兰8. 50,或者Q兰0? 84,或者d兰8. 50,则抗腐 蚀等级分类为IV级；或 在经历24个浸泡-干燥循环周期后：A.若测得Q>1. 00且d〈5. 00,则抗腐蚀等级分 类为I级；B.若测得0? 90〈Q兰L 00且5. 00兰d〈8. 00,或者Q>0. 90且5. 00兰d〈8. 00， 或者0? 90〈Q兰L 00且d〈8. 00,则抗腐蚀等级分类为II级；C.若测得0? 8〈Q兰0? 90且 8. 00兰d〈12. 00,或者Q>0. 80且8. 00兰d〈12. 00,或者0? 80〈Q兰0? 90且d〈12. 00,则抗腐 蚀等级分类为III级；D.若测得Q兰0? 80且d兰12. 00,或者Q兰0? 80,或者d兰12. 00,则 抗腐蚀等级分类为IV级； 当各循环周期数据得出的抗腐蚀等级不同时，抗腐蚀等级定为其中重复次数最多的一 个等级。2. 根据权利要求1所述的评价混凝土抗酸耐久性的方法，其特征在于：步骤1)所 述混凝土强度测试试件尺寸为IOOmmXIOOmmX100mm，所述酸性化深度测试试件尺寸为 IOOmmXIOOmmX400mm;步骤 4)所述b(0) =IOOmm03.根据权利要求1所述的评价混凝土抗酸耐久性的方法，其特征在于：步骤2)所述分 析纯浓硫酸和分析纯浓硝酸配制的混合酸液中硫酸与硝酸摩尔比为5 :1。4. 根据权利要求1所述的评价混凝土抗酸耐久性的方法，其特征在于：步骤2)所 述浸泡条件为：在室内进行，温度为20±2°C;浸泡后的干燥条件为：在室内进行，温度为 20 ± 2 °C，相对湿度为60 ± 5 %。5. 根据权利要求1所述的评价混凝土抗酸耐久性的方法，其特征在于：步骤2)所述浸 泡的方式为：采用全浸的浸泡方式，试件之间保持50mm的间距，试件与容器壁的间距不小 于50mm，混合酸液表面超出试件上表面50mm。6. 根据权利要求1所述的评价混凝土抗酸耐久性的方法，其特征在于：步骤2)所述未 腐蚀部分宽度b(t)测试方法为：将每个酸性化深度测试试件的左右两端面在浸泡前均以 石蜡密封，测试时从每个试件一端切下长度为50mm的混凝土端头部分，将切开的两个横断
【专利摘要】本发明涉及一种评价混凝土抗酸耐久性的方法，包括：1)制备混凝土强度测试试件以及酸性化深度测试试件；2)将试件在标准养护室养护26d，干燥养护2d，再置于混合酸液中浸泡，每浸泡5d取出再干燥2d，每经历4个浸泡-干燥循环周期后，测定一组混凝土强度测试试件的抗压强度X(t)以及一组酸性化深度测试试件的未腐蚀部分宽度b(t)；3)根据所得抗压强度X(t)计算混凝土耐酸腐蚀系数Q；4)根据未腐蚀部分宽度b(t)计算混凝土酸性化深度d；5)依据Q和d数据情况将混凝土抗腐蚀等级分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ级，再根据混凝土抗腐蚀等级评价混凝土的抗酸腐蚀等级、抗酸性能及适用环境作用等级。
【IPC分类】G01N17/00
【公开号】CN104897562
【申请号】CN201510367169
【发明人】李北星, 祝文凯, 王凯, 张亚明
【申请人】武汉理工大学
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年6月29日
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种评价混凝土抗酸耐久性的方法，属于工程材料技术领域。
【背景技术】
[0002] 近年来由于我国经济的飞速发展，化石燃料的大量燃烧以及工业废气的大量排放 使得我国的酸雨情况越来越严重，酸雨能对外露的混凝土结构造成直接破坏，此外，酸雨降 落后形成的酸性水也会对地下构筑物造成破坏。同时，大量的工业酸性废水及以硫铁矿为 主的矿山开采过程中形成硫酸型酸性废水的排放，会污染地表水、地下水使其呈酸性，破坏 污水处理池、地下管道、隧道以及桥梁粧基等地下混凝土结构。因此酸性环境下混凝土结构 的耐久性问题不容忽视。
[0003] 酸雨或者酸性废水的破坏机理都是H+及SO广等离子渗入混凝土内部后，与混凝土 硬化浆体反应，从而破坏混凝土的结构。在酸性环境下，干湿循环、冻融及疲劳荷载等其它 破坏形式的耦合作用，都能加速混凝土结构性能的劣化。另外，一旦酸性物质破坏钢筋混凝 土表面的钢筋保护层，就能在极短的时间内破坏钢筋表面钝化膜，钢筋锈蚀造成结构发生 膨胀性开裂，钢筋混凝土结构产生永久性破解。
[0004] 水泥主要水化产物为碱性的水化硅酸盐、水化铝酸盐以及大量的Ca(0H)2，当酸性 溶液与混凝土表面接触时，根据Fick定律，溶液中的H+在化学位梯度的作用下向混凝土内 部扩散，扩散过程中H+优先与硬化浆体中的Ca(0H) 2发生中和反应，急剧降低硬化浆体的碱 度，水化硅酸钙和水化铝酸钙失去稳定性而分解溶出导致混凝土结构进一步发生破坏。同 时，酸雨中的SO广向混凝土内部扩散，并与游离的Ca2+反应生成生成石膏并结晶导致内部 体积膨胀，产生很大的内应力，对混凝土造成膨胀破坏。
[0005] 目前为止，并没有相关规定提出混凝土抗酸侵蚀的试验方法，也没有一个较系统 的评价混凝土抗酸耐久性的指标体系。
【发明内容】
[0006] 本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的上述不足，提供一种评价混 凝土抗酸耐久性的方法。
[0007] 为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案是：
[0008] 提供一种评价混凝土抗酸耐久性的方法，其步骤如下：
[0009] 1)参照中华人民共和国普通混凝土力学性能试验方法标准GB/T50081-2002,制 备7组混凝土强度测试试件以及1组酸性化深度测试试件，每组均含3个试件；
[0010] 2)将步骤1)所得混凝土强度测试试件以及酸性化深度测试试件在标准养护室养 护26d，然后干燥养护2d，再置于分析纯浓硫酸和分析纯浓硝酸配制的混合酸液中浸泡，所 述混合酸液pH值为2. 0±0. 05,每隔24h用分析纯浓硝酸调整混合酸液的pH值使其保持 在2. 0±0. 05,每浸泡5d取出再干燥2d，并更换一次混合酸液，此为一个浸泡-干燥循环周 期，每经历4个浸泡-干燥循环周期后，测定一组混凝土强度测试试件的抗压强度X(t)以 及一组酸性化深度测试试件测试面的未腐蚀部分宽度b(t)，共计测试6次抗压强度X(t)和 未腐蚀部分宽度b(t)数据；
[0011] 3)根据步骤2)所得抗压强度X(t)计算混凝土耐酸腐蚀系数Q，Q=X(t)/X(0)， 其中X(0)为混凝土的初始抗压强度值，即标准养护26d再干燥养护2d后测得的混凝土强 度测试试件的抗压强度值；
[0012] 4)根据步骤2)所得未腐蚀部分宽度b(t)计算混凝土酸性化深度d，d=(b(0) - b(t))/2,其中b(0)为酸性化深度测试试件测试面原有的宽度；
[0013] 5)依据步骤3)所得混凝土耐酸腐蚀系数Q和步骤4)所得混凝土酸性化深度d数 据情况将混凝土抗腐蚀等级分为I、II、III、IV级，再根据混凝土抗腐蚀等级评价混凝土的 抗酸腐蚀等级、抗酸性能及适用环境作用等级，各等级对应的性能为：抗腐蚀等级分类为I 级，则评价抗酸腐蚀等级为很高，抗酸性能为高抗腐蚀，适用环境作用等级为V-E;抗腐蚀 等级分类为II级，则评价抗酸腐蚀等级为高，抗酸性能为抗腐蚀，适用环境作用等级为V-D; 抗腐蚀等级分类为III级，则评价抗酸腐蚀等级为中，抗酸性能为耐腐蚀，适用环境作用等 级为V-C;抗腐蚀等级分类为IV级，则评价抗酸腐蚀等级为低，抗酸性能为不耐腐蚀，不适 合酸性环境，其中，V-C、V-D、V-E为参照中华人民共和国混凝土结构耐久性设计规范GB/T 50476-2008分别将中度、严重、非常严重的酸性环境进行的分类；
[0014]所述I、II、III、IV级标准如下：
[0015] 在经历4个浸泡-干燥循环周期后：A.若测得Q>1. 04,且d〈0. 20,则抗腐蚀等级 分类为I级；B.若测得1. 02〈Q兰1. 04且0? 20兰d〈0. 50,或者Q>1. 02且0? 20兰d〈0. 50， 或者1. 02〈Q兰L04且d〈0. 50则抗腐蚀等级分类为II级；C.若测得L00〈Q兰L02且 0? 50 兰d〈l. 00,或者Q>1. 00 且 0? 50 兰d〈l. 00,或者 1. 00〈Q兰 1. 02 且d〈l. 00,则抗腐蚀 等级分类为III级；D.若测得Q兰1. 02且d兰1. 00,或者Q兰1. 02,或者d兰1. 00,则抗腐 蚀等级分类为IV级；或
[0016] 在经历8个浸泡-干燥循环周期后：A.若测得Q>1. 04且d〈0. 50,则抗腐蚀等级 分类为I级；B.若测得0? 98〈Q兰1. 04且0? 50兰d〈l. 00,或者Q>0. 98且0? 50兰d〈l. 00， 或者0? 98〈Q兰1. 04且d〈l. 00,则抗腐蚀等级分类为II级；C.若测得0? 96〈Q兰0? 98且 1. 00 兰d〈l. 50,或者Q>0. 96 且 1. 00 兰d〈l. 50,或者 0? 96〈Q兰 0? 98 且d〈l. 50,则抗腐蚀 等级分类为III级；D.若测得Q兰0? 96且d兰1. 50,或者Q兰0? 96,或者d兰1. 50,则抗腐 蚀等级分类为IV级；或
[0017] 在经历12个浸泡-干燥循环周期后：A.若测得Q>1. 03且d〈l. 50,则抗腐蚀等级 分类为I级；B.若测得0? 96〈Q兰1. 03且1. 50兰d〈2. 50,或者Q>0. 96且1. 50兰d〈2. 50， 或者0? 96〈Q兰1. 03且d〈2. 50,则抗腐蚀等级分类为II级；C.若测得0? 92〈Q兰0? 96且 2. 50 兰d〈3. 50,或者Q>0. 92 且 2. 50 兰d〈3. 50,或者 0? 92〈Q兰 0? 96 且d〈3. 50,则抗腐蚀 等级分类为III级；D.若测得Q兰0? 92,且d兰3. 50,或者Q兰0? 92,或者d兰3. 50,则抗腐 蚀等级分类为IV级；或
[0018] 在经历16个浸泡-干燥循环周期后：A.若测得Q>1. 02且d〈2. 50,则抗腐蚀等级 分类为I级；B.若测得0? 94〈Q兰1. 02且2. 50兰d〈3. 50,或者Q>0. 94且2. 50兰d〈3. 50， 或者0? 94〈Q兰1. 02且d〈3. 50,则抗腐蚀等级分类为II级；C.若测得0? 88〈Q兰0? 94且 3. 50 兰d〈5. 50,或者Q>0. 88 且 3. 50 兰d〈5. 50,或者 0? 88〈Q兰 0? 94 且d〈5. 50,则抗腐蚀 等级分类为III级；D.若测得Q兰0? 88,且d兰5. 50,或者Q兰0? 88,或者d兰5. 50,则抗腐 蚀等级分类为IV级；或
[0019] 在经历20个浸泡-干燥循环周期后：A.若测得Q>1. 01且d〈3. 50,则抗腐蚀等级 分类为I级；B.若测得0? 92〈Q兰1. 01且3. 50兰d〈5. 00,或者Q>0. 92且3. 50兰d〈5. 00， 或者0? 92〈Q兰1. 01且d〈5. 00,则抗腐蚀等级分类为II级；C.若测得0? 84〈Q兰0? 92且 5. 00 兰d〈8. 50,或者Q>0. 84 且 5. 00 兰d〈8. 50,或者 0? 84〈Q兰 0? 92 且d〈8. 50,则抗腐蚀 等级分类为III级；D.若测得Q兰0? 84,且d兰8. 50,或者Q兰0? 84,或者d兰8. 50,则抗腐 蚀等级分类为IV级；或
[0020] 在经历24个浸泡-干燥循环周期后：A.若测得Q>1. 00且d〈5. 00,则抗腐蚀等级 分类为I级；B.若测得0? 90〈Q兰1. 00且5. 00兰d〈8. 00,或者Q>0. 90且5. 00兰d〈8. 00， 或者0? 90〈Q兰1. 00且d〈8. 00,则抗腐蚀等级分类为II级；C.若测得0? 8〈Q兰0? 90且 8. 00 兰d〈12. 00,或者Q>0. 80 且 8. 00 兰d〈12. 00,或者 0? 80〈Q兰 0? 90 且d〈12. 00,则抗腐 蚀等级分类为III级；D.若测得Q兰0? 80且d兰12. 00,或者Q兰0? 80,或者d兰12. 00,则 抗腐蚀等级分类为IV级；
[0021] 当各循环周期数据得出的抗腐蚀等级不同时，抗腐蚀等级定为其中重复次数最多 的一个等级。
[0022] 按上述方案，步骤1)所述混凝土强度测试试件尺寸为lOOmmXlOOmmX100mm，所 述酸性化深度测试试件尺寸为100_X400_X100mm;步骤4)所述b(0) = 100mm。
[0023] 按上述方案，步骤2)所述分析纯浓硫酸和分析纯浓硝酸配制的混合酸液中硫酸 与硝酸摩尔比为5 :1。
[0024] 按上述方案，步骤2)所述浸泡条件为：在室内进行，温度为20±2°C;浸泡后的干 燥条件为：在室内进行，温度为20 ± 2 °C，相对湿度为60 ± 5 %。
[0025] 按上述方案，步骤2)所述浸泡的方式为：采用全浸的浸泡方式，试件之间保持 50mm的间距，试件与容器壁的间距不小于50mm，混合酸液表面超出试件上表面50mm。
[0026] 按上述方案，步骤2)所述未腐蚀部分宽度b(t)测试方法为：将每个酸性化深度 测试试件的左右两端面在浸泡前均以石蜡密封，测试时从每个试件一端切下长度为50mm 的混凝土端头部分，将切开的两个横断面用水冲洗干净并晾干，随后分别喷洒质量浓度为 0. 1 %的茜黄素-R水溶液，测呈紫色部分的混凝土的宽度，取平均值记为b(t)。
[0027] 考虑到我国危害较大的为酸雨，且主要是硫酸型酸雨（又称燃煤型酸雨，酸雨中 S0427N03->3)，硫酸根的含量较高，因此本发明参考GB/T50082-2009《普通混凝土长期性能 和耐久性试验方法标准》中关于混凝土抗硫酸盐侵蚀实验方法，以立方体抗压强度为指标 来评价混凝土在酸性环境下的性能的劣化，并在此基础上提出混凝土耐酸腐蚀系数Q的概 念；另外，由于钢筋混凝土的保护层能够有效地阻止侵蚀物质对于钢筋的破坏，测试酸性侵 蚀物质在规定时间内进入到混凝土中的深度能够有效地评价酸性环境对于混凝土的侵蚀 程度以及混凝土的抗酸腐蚀能力。混凝土酸性化深度d的测量受试件成型的过程影响较 大，为了减少由于试件的不均匀所带来的误差，采用同一组棱柱体试件，通过定期测定同组 试件在不同侵蚀龄期、不同横断面的酸性化深度，监测酸性物质进入混凝土内部的深度，从 而尽可能减少实验误差。由于试件在酸性环境下会发生表面溶蚀，酸性化深度不能直接测 量，因此采用间接方法，测定未腐蚀部分宽度，再通过计算获得酸性化深度。由于实际酸性 环境中，混凝土结构的破坏往往要经历数年乃至数十年的时间，为了在短时间内获得混凝 土的抗酸耐久性，必须采用加速实验方法，通过降低酸性环境的pH值，以加速侵蚀过程的 进行。同时，考虑到实际酸性环境存在干湿循环现象，而干燥过程中可能会产生盐类的结晶 破坏，因此需采用以酸液浸泡-干燥交替的循环制度，以模拟实际环境中的酸性环境下的 侵蚀过程。
[0028] 本发明的有益效果在于：本发明通过将待评价混凝土在强酸性环境下加速侵蚀测 试混凝土耐酸腐蚀系数Q和混凝土酸性化深度d，与统计结果进行对比，构建出一套水泥混 凝土体系抗酸耐久性的评价方法。该评价方法建立了混凝土的分级指标，有利于快速评价 混凝土的抗酸耐久性等级；另外，通过对不同环境及不同混凝土进行分级，可以确定在不同 环境等级下需要的水泥混凝土结构的抗酸耐久性要求，指导不同酸性环境下水泥混凝土结 构的耐久性设计。
【附图说明】
[0029] 图1为本发明实施例1所制备的酸性化深度测试试件尺寸及切割位置意图；
[0030] 图2为实施例1所切下来的混凝土端头部分的横断面及混凝土酸性化深度测试示 意图。
【具体实施方式】
[0031] 为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明作进 一步详细描述。
[0032] 实施例1
[0033] 按照表1所述配比配制C40混凝土用于抗酸耐久性评价，其中，水胶比（W/C)为 0. 35,砂率为39%，水泥采用葛洲坝水泥厂生产的42. 5级高抗硫酸硅酸盐水泥，碎石为 5-20_的石灰石质连续级配碎石，砂为天然河砂，细度模数为2. 7,外加剂为市售聚羧酸型 高效减水剂（减水率为28% )。
[0034] 表1C40混凝土配合比
[0036] 评价上述制备的混凝土的抗酸耐久性，步骤如下：
[0037] 1)参照中华人民共和国参照中华人民共和国普通混凝土力学性能试验方法标准 GB/T50081-2002,制备7组混凝土强度测试试件以及1组酸性化深度测试试件，每组均含 3个试件，其中混凝土强度测试试件尺寸为100_X100_X100_，酸性化深度测试试件尺 寸为 100mmX400mmX100mm;
[0038] 2)将上述所得混凝土强度测试试件以及酸性化深度测试试件在标准养护室养护 26d，然后干燥养护2d，再置于分析纯浓硫酸和分析纯浓硝酸配制的混合酸液中浸泡（混合 酸液中硫酸与硝酸摩尔比为5 :1，浸泡条件为：在室内进行，温度为20±2°C，采用全浸的浸 泡方式，试件之间保持50mm的间距，试件与容器壁的间距不小于50mm，混合酸液表面超出 试件上表面50mm)，所述混合酸液pH值为2. 0±0. 05,每隔24h用分析纯浓硝酸调整混合酸 液的pH值使其保持在2. 0±0. 05,每浸泡5d取出再干燥2d(干燥条件为：在室内进行，温 度为20 ± 2°C，相对湿度为60 ± 5 % )，并更换一次混合酸液，此为一个浸泡-干燥循环周期， 每经历4个浸泡-干燥循环周期后，测定一组混凝土强度测试试件的抗压强度X(t)以及一 组酸性化深度测试试件测试面的未腐蚀部分宽度b(t)，共计测试6次抗压强度X(t)和未腐 蚀部分宽度b(t)数据；
[0039] 如图1所示为本实施例所制备的酸性化深度测试试件尺寸及切割位置意图，未腐 蚀部分宽度b(t)测试方法为：将每个酸性化深度测试试件的左右两端面在浸泡前均以石 蜡密封，测试时用岩石切割机从每个试件一端切下长度为50mm的混凝土端头部分，将切开 的两个横断面用水冲洗干净并晾干，随后分别喷洒质量浓度为〇. 1 %的茜黄素-R水溶液， 测呈紫色部分的混凝土的宽度，取平均值记为b(t)。余下部分风干并以石蜡密封端部后继 续进行侵蚀。如图2所示为本实施例所切下来的混凝土端头部分的横断面及混凝土酸性化 深度测试示意图，图a为未受腐蚀的断面，全部呈紫色；图b为腐蚀一定周期后的断面，外圈 呈无色部分为已溶蚀部分，中间呈黄色部分为受酸腐蚀但未溶蚀部分，内部呈紫色部分为 未腐蚀部分；图c为测量位置示意图，每个断面选取5个位置测其呈紫色部分宽度，相邻测 点位置间隔多l〇mm，当测量位置有碎石时，宜上下移动测点以避开，未腐蚀部分宽度b(t) 取一组试块6个断面共30个测点的数据取平均值。
[0040] 3)根据步骤2)所得抗压强度X(t)计算混凝土耐酸腐蚀系数Q，Q=X(t)/X(0)， 其中X(0)为混凝土的初始抗压强度值，即标准养护26 d再干燥养护2d后测得的混凝土强 度测试试件的抗压强度值（本实施例测得X(0)定为100.00);
[0041] 4)根据步骤2)所得未腐蚀部分宽度b(t)计算混凝土酸性化深度d，d= (100 - b(t))/2 ；
[0042] 5)依据步骤3)所得混凝土耐酸腐蚀系数Q和步骤4)所得混凝土酸性化深度d数 据情况将混凝土抗腐蚀等级分为I、II、III、IV级，再根据混凝土抗腐蚀等级评价混凝土的 抗酸腐蚀等级、抗酸性能及适用环境作用等级，各等级对应的性能为：抗腐蚀等级分类为I 级，则评价抗酸腐蚀等级为很高，抗酸性能为高抗腐蚀，适用环境作用等级为V-E;抗腐蚀 等级分类为II级，则评价抗酸腐蚀等级为高，抗酸性能为抗腐蚀，适用环境作用等级为V-D; 抗腐蚀等级分类为III级，则评价抗酸腐蚀等级为中，抗酸性能为耐腐蚀，适用环境作用等 级为V-C;抗腐蚀等级分类为IV级，则评价抗酸腐蚀等级为低，抗酸性能为不耐腐蚀，不适 合酸性环境，其中，V-C、V-D、V-E为参照中华人民共和国混凝土结构耐久性设计规范GB/T 50476-2008分别将中度、严重、非常严重的酸性环境进行的分类；
[0043]所述I、II、III、IV级标准如下：
[0044] 在经历4个浸泡-干燥循环周期后：A.若测得Q>1. 04,且d〈0. 20,则抗腐蚀等级 分类为I级；B.若测得1. 02〈Q兰1. 04且0? 20兰d〈0. 50,或者Q>1. 02且0? 20兰d〈0. 50， 或者1. 02〈Q兰L04且d〈0. 50则抗腐蚀等级分类为II级；C.若测得L00〈Q兰L02且 0? 50 兰d〈l. 00,或者Q>1. 00 且 0? 50 兰d〈l. 00,或者 1. 00〈Q兰 1. 02 且d〈l. 00,则抗腐蚀 等级分类为III级；D.若测得Q兰1. 02且d兰1. 00,或者Q兰1. 02,或者d兰1. 00,则抗腐 蚀等级分类为IV级；或
[0045] 在经历8个浸泡-干燥循环周期后：A.若测得Q>1. 04且d〈0. 50,则抗腐蚀等级 分类为I级；B.若测得0? 98〈Q兰1. 04且0? 50兰d〈l. 00,或者Q>0. 98且0? 50兰d〈l. 00， 或者0? 98〈Q兰1. 04且d〈l. 00,则抗腐蚀等级分类为II级；C.若测得0? 96〈Q兰0? 98且 1. 00 兰d〈l. 50,或者Q>0. 96 且 1. 00 兰d〈l. 50,或者 0? 96〈Q兰 0? 98 且d〈l. 50,则抗腐蚀 等级分类为III级；D.若测得Q兰0? 96且d兰1. 50,或者Q兰0? 96,或者d兰1. 50,则抗腐 蚀等级分类为IV级；或
[0046] 在经历12个浸泡-干燥循环周期后：A.若测得Q>1. 03且d〈l. 50,则抗腐蚀等级 分类为I级；B.若测得0? 96〈Q兰1. 03且1. 50兰d〈2. 50,或者Q>0. 96且1. 50兰d〈2. 50， 或者0? 96〈Q兰1. 03且d〈2. 50,则抗腐蚀等级分类为II级；C.若测得0? 92〈Q兰0? 96且 2. 50 兰d〈3. 50,或者Q>0. 92 且 2. 50 兰d〈3. 50,或者 0? 92〈Q兰 0? 96 且d〈3. 50,则抗腐蚀 等级分类为III级；D.若测得Q兰0?92,且d兰3. 50,或者Q兰0?92,或者d兰3. 50,则抗腐 蚀等级分类为IV级；或
[0047] 在经历16个浸泡-干燥循环周期后：A.若测得Q>1. 02且d〈2. 50,则抗腐蚀等级 分类为I级；B.若测得0? 94〈Q兰1. 02且2. 50兰d〈3. 50,或者Q>0. 94且2. 50兰d〈3. 50， 或者0? 94〈Q兰1. 02且d〈3. 50,则抗腐蚀等级分类为II级；C.若测得0? 88〈Q兰0? 94且 3. 50 兰d〈5. 50,或者Q>0. 88 且 3. 50 兰d〈5. 50,或者 0? 88〈Q兰 0? 94 且d〈5. 50,则抗腐蚀 等级分类为III级；D.若测得Q兰0?88,且d兰5. 50,或者Q兰0?88,或者d兰5. 50,则抗腐 蚀等级分类为IV级；或
[0048] 在经历20个浸泡-干燥循环周期后：A.若测得Q>1. 01且d〈3. 50,则抗腐蚀等级 分类为I级；B.若测得0? 92〈Q兰1. 01且3. 50兰d〈5. 00,或者Q>0. 92且3. 50兰d〈5. 00， 或者0? 92〈Q兰1. 01且d〈5. 00,则抗腐蚀等级分类为II级；C.若测得0? 84〈Q兰0? 92且 5. 00 兰d〈8. 50,或者Q>0. 84 且 5. 00 兰d〈8. 50,或者 0? 84〈Q兰 0? 92 且d〈8. 50,则抗腐蚀 等级分类为III级；D.若测得Q兰0? 84,且d兰8. 50,或者Q兰0? 84,或者d兰8. 50,则抗腐 蚀等级分类为IV级；或
[0049] 在经历24个浸泡-干燥循环周期后：A.若测得Q>1. 00且d〈5. 00,则抗腐蚀等级 分类为I级；B.若测得0? 90〈Q兰1. 00且5. 00兰d〈8. 00,或者Q>0. 90且5. 00兰d〈8. 00， 或者0? 90〈Q兰1. 00且d〈8. 00,则抗腐蚀等级分类为II级；C.若测得0? 8〈Q兰0? 90且 8. 00 兰d〈12. 00,或者Q>0. 80 且 8. 00 兰d〈12. 00,或者 0? 80〈Q兰 0? 90 且d〈12. 00,则抗腐 蚀等级分类为III级；D.若测得Q兰0? 80且d兰12. 00,或者Q兰0? 80,或者d兰12. 00,则 抗腐蚀等级分类为IV级。
[0050] 按照上述方法，将制备的混凝土试件养护至相应龄期后并干燥后，测其初始强度 X(0)，其它试件每经历4个浸泡-干燥循环周期后，测定一组混凝土强度测试试件的抗压强 度X(t)以及一个酸性化深度测试试件测试面的未腐蚀部分宽度b(t)，共计测试6次抗压强 度X(t)和未腐蚀部分宽度b(t)数据，得出的数据及结果如表2所述。
[0051] 表2混凝土各龄期数据及抗酸耐久性评价结果
[0052]
[0053] 由表2数据可知，各循环周期的抗酸腐蚀等级除了第三个月为III级外，其余5个月 均为为II级，因此评定该混凝土抗酸腐蚀等级为II级，抗酸腐蚀等级为高，抗酸性能为抗腐 蚀，适用环境作用等级为V-D。由于该配合比采用的是高抗硫酸硅酸盐水泥，对于含有硫酸 根离子的酸具有一定的抗腐蚀能力，另外，由于该配比掺入20%粉煤灰，后期潜在的火山灰 活性得以激发，使得混凝土更加密实，侵蚀离子在混凝土的扩散受阻，而且在该激发中，硬 化浆体中的氢氧化钙被部分消耗，混凝土的整体碱性降低，以上种种原因都能增加混凝土 的抗酸耐久性，这与评定结果也一致，因此可以得出该混凝土配合比适用于V-D环境作用 等级下的混凝土施工。
【主权项】
1. 一种评价混凝土抗酸耐久性的方法，其特征在于步骤如下： 1) 参照中华人民共和国参照中华人民共和国普通混凝土力学性能试验方法标准GB/T 50081-2002,制备7组混凝土强度测试试件以及1组酸性化深度测试试件，每组均含3个试 件； 2) 将步骤1)所得混凝土强度测试试件以及酸性化深度测试试件在标准养护室养护 26d，然后干燥养护2d，再置于分析纯浓硫酸和分析纯浓硝酸配制的混合酸液中浸泡，所述 混合酸液pH值为2. 0±0. 05,每隔24h用分析纯浓硝酸调整混合酸液的pH值使其保持在 2. 0±0. 05,每浸泡5d取出再干燥2d，并更换一次混合酸液，此为一个浸泡-干燥循环周期， 每经历4个浸泡-干燥循环周期后，测定一组混凝土强度测试试件的抗压强度X(t)以及 一一组酸性化深度测试试件测试面的未腐蚀部分宽度b(t)，共计测试6次抗压强度X(t)和 未腐蚀部分宽度b(t)数据； 3) 根据步骤2 )所得抗压强度X(t)计算混凝土耐酸腐蚀系数Q，Q=X(t)/X(O)，其中 X(O)为混凝土的初始抗压强度值，即标准养护26d再干燥养护2d后测得的混凝土强度测试 试件的抗压强度值； 4) 根据步骤2)所得未腐蚀部分宽度b(t)计算混凝土酸性化深度d，d= (b(0) - b(t))/2,其中b(0)为酸性化深度测试试件测试面原有的宽度； 5) 依据步骤3)所得混凝土耐酸腐蚀系数Q和步骤4)所得混凝土酸性化深度d数据情 况将混凝土抗腐蚀等级分为I、II、III、IV级，再根据混凝土抗腐蚀等级评价混凝土的抗酸 腐蚀等级、抗酸性能及适用环境作用等级，评价标准为：抗腐蚀等级分类为I级，则评价抗 酸腐蚀等级为很高，抗酸性能为高抗腐蚀，适用环境作用等级为V-E;抗腐蚀等级分类为II 级，则评价抗酸腐蚀等级为高，抗酸性能为抗腐蚀，适用环境作用等级为V-D;抗腐蚀等级 分类为III级，则评价抗酸腐蚀等级为中，抗酸性能为耐腐蚀，适用环境作用等级为V-C;抗 腐蚀等级分类为IV级，则评价抗酸腐蚀等级为低，抗酸性能为不耐腐蚀，不适合酸性环境， 其中，V-C、V-D、V-E为参照中华人民共和国混凝土结构耐久性设计规范GB/T50476-2008 分别将中度、严重、非常严重的酸性环境进行的分类； 所述I、II、III、IV级标准如下： 在经历4个浸泡-干燥循环周期后：A.若测得Q>1. 04,且d〈0. 20,则抗腐蚀等级分 类为I级；B.若测得I. 02〈Q兰L 04且0? 20兰d〈0. 50,或者Q>1. 02且0? 20兰d〈0. 50， 或者I. 02〈Q兰L 04且d〈0. 50则抗腐蚀等级分类为II级；C若测得L 00〈Q兰L 02且 0? 50兰d〈l. 00,或者Q>1. 00且0? 50兰d〈l. 00,或者I. 00〈Q兰L 02且d〈l. 00,则抗腐蚀 等级分类为III级；D.若测得Q兰L02且d兰L00，或者Q兰L02,或者d兰L00，则抗腐 蚀等级分类为IV级；或 在经历8个浸泡-干燥循环周期后：A.若测得Q>1. 04且d〈0. 50,则抗腐蚀等级分 类为I级；B.若测得0? 98〈Q兰L 04且0? 50兰d〈l. 00,或者Q>0. 98且0? 50兰d〈l. 00， 或者0? 98〈Q兰L 04且d〈l. 00,则抗腐蚀等级分类为II级；C.若测得0? 96〈Q兰0? 98且 L 00兰d〈l. 50,或者Q>0. 96且L 00兰d〈l. 50,或者0? 96〈Q兰0? 98且d〈l. 50,则抗腐蚀 等级分类为III级；D.若测得Q兰0? 96且d兰L 50,或者Q兰0? 96,或者d兰L 50,则抗腐 蚀等级分类为IV级；或 在经历12个浸泡-干燥循环周期后：A.若测得Q>1. 03且d〈l. 50,则抗腐蚀等级分 类为I级；B.若测得0? 96〈Q兰I. 03且I. 50兰d〈2. 50,或者Q>0. 96且I. 50兰d〈2. 50，或者0? 96〈Q兰L 03且d〈2. 50,则抗腐蚀等级分类为II级；C.若测得0? 92〈Q兰0? 96且 2. 50兰d〈3. 50,或者Q>0. 92且2. 50兰d〈3. 50,或者0? 92〈Q兰0? 96且d〈3. 50,则抗腐蚀 等级分类为III级；D.若测得Q兰0? 92,且d兰3. 50,或者Q兰0? 92,或者d兰3. 50,则抗腐 蚀等级分类为IV级；或 在经历16个浸泡-干燥循环周期后：A.若测得Q>1. 02且d〈2. 50,则抗腐蚀等级分 类为I级；B.若测得 0? 94〈Q兰L02 且 2. 50 兰d〈3. 50,或者Q>0. 94 且 2. 50 兰d〈3. 50， 或者0? 94〈Q兰L02且d〈3. 50,则抗腐蚀等级分类为II级；C.若测得0? 88〈Q兰0? 94且 3. 50兰d〈5. 50,或者Q>0. 88且3. 50兰d〈5. 50,或者0? 88〈Q兰0? 94且d〈5. 50,则抗腐蚀 等级分类为III级；D.若测得Q兰0? 88,且d兰5. 50,或者Q兰0? 88,或者d兰5. 50,则抗腐 蚀等级分类为IV级；或 在经历20个浸泡-干燥循环周期后：A.若测得Q>1. 01且d〈3. 50,则抗腐蚀等级分 类为I级；B.若测得0? 92〈Q兰I. 01且3. 50兰d〈5. 00,或者Q>0. 92且3. 50兰d〈5. 00， 或者0? 92〈Q兰L 01且d〈5. 00,则抗腐蚀等级分类为II级；C.若测得0? 84〈Q兰0? 92且 5. 00兰d〈8. 50,或者Q>0. 84且5. 00兰d〈8. 50,或者0? 84〈Q兰0? 92且d〈8. 50,则抗腐蚀 等级分类为III级；D.若测得Q兰0? 84,且d兰8. 50,或者Q兰0? 84,或者d兰8. 50,则抗腐 蚀等级分类为IV级；或 在经历24个浸泡-干燥循环周期后：A.若测得Q>1. 00且d〈5. 00,则抗腐蚀等级分 类为I级；B.若测得0? 90〈Q兰L 00且5. 00兰d〈8. 00,或者Q>0. 90且5. 00兰d〈8. 00， 或者0? 90〈Q兰L 00且d〈8. 00,则抗腐蚀等级分类为II级；C.若测得0? 8〈Q兰0? 90且 8. 00兰d〈12. 00,或者Q>0. 80且8. 00兰d〈12. 00,或者0? 80〈Q兰0? 90且d〈12. 00,则抗腐 蚀等级分类为III级；D.若测得Q兰0? 80且d兰12. 00,或者Q兰0? 80,或者d兰12. 00,则 抗腐蚀等级分类为IV级； 当各循环周期数据得出的抗腐蚀等级不同时，抗腐蚀等级定为其中重复次数最多的一 个等级。2. 根据权利要求1所述的评价混凝土抗酸耐久性的方法，其特征在于：步骤1)所 述混凝土强度测试试件尺寸为IOOmmXIOOmmX100mm，所述酸性化深度测试试件尺寸为 IOOmmXIOOmmX400mm;步骤 4)所述b(0) =IOOmm03.根据权利要求1所述的评价混凝土抗酸耐久性的方法，其特征在于：步骤2)所述分 析纯浓硫酸和分析纯浓硝酸配制的混合酸液中硫酸与硝酸摩尔比为5 :1。4. 根据权利要求1所述的评价混凝土抗酸耐久性的方法，其特征在于：步骤2)所 述浸泡条件为：在室内进行，温度为20±2°C;浸泡后的干燥条件为：在室内进行，温度为 20 ± 2 °C，相对湿度为60 ± 5 %。5. 根据权利要求1所述的评价混凝土抗酸耐久性的方法，其特征在于：步骤2)所述浸 泡的方式为：采用全浸的浸泡方式，试件之间保持50mm的间距，试件与容器壁的间距不小 于50mm，混合酸液表面超出试件上表面50mm。6. 根据权利要求1所述的评价混凝土抗酸耐久性的方法，其特征在于：步骤2)所述未 腐蚀部分宽度b(t)测试方法为：将每个酸性化深度测试试件的左右两端面在浸泡前均以 石蜡密封，测试时从每个试件一端切下长度为50mm的混凝土端头部分，将切开的两个横断
【专利摘要】本发明涉及一种评价混凝土抗酸耐久性的方法，包括：1)制备混凝土强度测试试件以及酸性化深度测试试件；2)将试件在标准养护室养护26d，干燥养护2d，再置于混合酸液中浸泡，每浸泡5d取出再干燥2d，每经历4个浸泡-干燥循环周期后，测定一组混凝土强度测试试件的抗压强度X(t)以及一组酸性化深度测试试件的未腐蚀部分宽度b(t)；3)根据所得抗压强度X(t)计算混凝土耐酸腐蚀系数Q；4)根据未腐蚀部分宽度b(t)计算混凝土酸性化深度d；5)依据Q和d数据情况将混凝土抗腐蚀等级分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ级，再根据混凝土抗腐蚀等级评价混凝土的抗酸腐蚀等级、抗酸性能及适用环境作用等级。
【IPC分类】G01N17/00
【公开号】CN104897562
【申请号】CN201510367169
【发明人】李北星, 祝文凯, 王凯, 张亚明
【申请人】武汉理工大学
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年6月29日
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