美国矿渣粉协会阐述矿渣粉如何减缓硫酸盐侵蚀

一、什么是硫酸盐侵蚀？

硫酸盐侵蚀是混凝土破坏的一种常见形式。当混凝土与含硫酸盐（SO4）的水接触时就会发生这种侵蚀。硫酸盐常见于一些土壤(尤其是在干旱条件下)、海水和废水处理厂中。

硫酸根离子可与硅酸盐水泥的铝酸三钙（C3A）的水化产物以及氢氧化钙(Ca(OH)2)反应形成一种膨胀的结晶产物，即钙矾石。钙矾石的形成引起膨胀，使混凝土中产生拉应力。当这些应力超过混凝土的抗拉强度时，混凝土就会产生开裂。而这些裂缝也使得较多的硫酸盐更易进入混凝土中，进一步加速了混凝土破坏。除此之外，硫酸盐也会导致一些水泥水化产物的化学分解。

影响硫酸盐侵蚀速度和侵蚀程度的主要因素是：

1.混凝土的渗透性

2.侵蚀液中硫酸盐浓度

3.混凝土中C3A含量

4.混凝土中Ca(OH)2含量

二、硫酸盐侵蚀抑制措施

预防硫酸盐侵蚀最常见的方法是通过控制硅酸盐水泥中C3A含量，从而降低混凝土中氧化铝含量。基于以往施工经验，相关规范已明确规定TypeⅡ硅酸盐水泥（C3A含量在5％和8％之间）和TypeⅤ硅酸盐水泥（C3A含量小于5％）配制的混凝土分别可用于中度和重度硫酸盐侵蚀环境。使用矿渣粉抑制混凝土潜在的硫酸盐侵蚀也是一种极其有效的方法1。

图1 位于俄亥俄州哥伦布的Hap Cremeans水处理厂使用30％矿渣水泥和Type II波特兰水泥来实现混凝土抗硫酸盐侵蚀

三、矿渣粉是如何抑制混凝土硫酸盐侵蚀？

矿渣粉的使用从三个方面降低了混凝土受硫酸盐侵蚀的可能性：

1. 矿渣粉中不含有C3A，因而在混凝土中加入矿渣粉可降低体系中C3A的总含量。

2. 矿渣粉可降低混凝土的渗透性，使硫酸盐更难渗透到混凝土中。

3. 矿渣粉与混凝土中过量的Ca(OH)2反应形成额外的水化硅酸钙凝胶（凝胶能将混凝土各水化产物粘聚在一起从而提供强度）。同时也降低了体系中Ca(OH)2总量。

在混凝土中，掺入适当比例矿渣粉可使TypeⅠ水泥抗硫酸盐侵蚀能力水平达到TypeⅡ水泥的抗硫酸盐能力水平（通常以25%~50%矿渣粉代替硅酸盐水泥），也可使TypeⅠ或Ⅱ水泥具有TypeⅤ水泥的抗硫酸盐能力（通常以50%~65%的矿渣粉替代硅酸盐水泥)。

根据标准ASTM C1012，测试了TypeⅠ、Ⅱ、Ⅴ硅酸盐水泥以及矿渣硅酸盐水泥的抗硫酸盐侵蚀性能并进行比较，结果如图2所示。根据ASTM C989 测试了混凝土6个月的限制膨胀率，复掺15%和25%矿渣粉的混凝土具有中等的抗硫酸盐侵蚀能力，而复掺35%和50%矿渣粉的混凝土具有高等抗硫酸盐侵蚀能力。

图2：水泥类型与矿渣粉掺量对抗硫酸侵蚀能力影响（ASTM C1012）

参考文献

1.ACI 201.2R-92, Guide to Durable Concrete; American Concrete Institute, Farmington Hills, Michigan,1992.

2.ASTM Cl012-95a, Standard Test Method for Length Change of hydraulic-Cement Mortars Exposed to a Sulfate Solution, American Society for Testing and Materials, West Conshohocken, PA, 2001.

3.ASTM C989-99, Standard Specification for Ground Granulated Blast-Furnace Slag for Use in Concrete and Mortars, American Society for Testing and Materials, West Conshohocken, PA, 2001.

声明：和所有混凝土一样，应进行多批次的试验以验证混凝土的性能。试验结果可能因环境温度、混合物组分等因素的不同而有所不同。建议您咨询矿渣粉专业人士以获得相关帮助。本文包含的任何内容都不应该被认为或解释为明示或暗示的保证，包括任何适用于某一特定用途的保证。

本文的英文原文出自美国矿渣粉协会（Slag Cement Association，SCA）官方网站，经美国矿渣粉协会授权和同意，由武汉微神科技发展有限公司（公众号“微神新材”）翻译、整理和发布。如需引用，请务必注明出处。