小组项目总结李资料

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1、安 徽 建 筑 大 学 材料与化学工程学院 水泥基材料设计与控制 课 题： 抗硫酸盐侵蚀水泥基材料设计 学 院： 材料与化学工程学院 专 业： 无机非金属材料工程 年 级： 12无机非 姓 名： 李京京 学 号： 1206090205 指导老师： 刘开伟 个人项目总结 学期结束之际，我们组以抗硫酸盐侵蚀水泥基材料的设计与控制为题的CDIO项目即将结束。我们小组在刘开伟老师的带领下，终于做出了自己小组的实验成果。在这结束之际，我感慨万千，受益匪浅。在这一学期的CDIO中，我不仅从老师身上学到对自己有益的东西，也从其他人中吸收无形的能量。实验过程中我们有成功的喜悦也有失败后的悲伤。总的来说，实验从

2、资料整理到实验结束过程是艰难的，结果却是甜蜜的。一 实验初期老师给我们详细的解释了什么是硫酸盐侵蚀，在工程中的实例，侵蚀的原理，我们要怎么防治。它是混凝土耐久性的一项重要内容，同时也是影响因素最复杂、危害性最大的一种环境水侵蚀。近年来，在铁路、公路、矿山和水电工程中都发现了地下水对混凝土结构物的硫酸盐侵蚀破坏问题。这些都是我们以前从来没有见过的和了解的知识盲区，所以我们开始以知识点为中心，分为三个小组，分别涵盖了钙矾石、石膏、碳硫硅钙石这三种类型的硫酸盐侵蚀内容。实验准备阶段的资料1.钙矾石结晶型 绝大多数硫酸盐对混凝土都有显著的侵蚀作用(除硫酸钡外)。这主要是由于硫酸钠、硫酸钾等多种硫酸盐都

3、能与水泥石中的Ca(OH)2作用生成硫酸钙，硫酸钙再与水泥石中的固态水化铝酸钙反应生成三硫型水化硫铝酸钙AFt，又称钙矾石，以Na2SO4为例其反应方程式为：4CaOAl2O312H2O+3Na2SO4+2Ca(OH)2+20H2O 3CaOAl2O3CaSO431H2O+6NaOH 式1钙矾石是溶解度极小的盐类矿物，在化学结构上结合了大量的结晶水(实际上的结晶水为3032个)其体积约为原水化铝酸钙的2.5倍，使固相体积显著增大，加之它在矿物形态上是针状晶体，在原水化铝酸钙的固相表面成刺猬状析出，放射状向四方生长，在硫酸盐侵蚀的初期可以填在结构的空隙处，使得混凝土的强度增强。但随着钙矾石的不断

4、增加造成混凝土的内部开裂及结构性能的退化破坏，此时混凝土的强度降低。钙矾石膨胀破坏的特点是混凝土试件表面出现少数较粗大的裂缝。2.石膏结晶型长期处于硫酸盐环境中或者当盐浓度很高而水泥中铝酸盐浓度较低时，石膏腐蚀也将成为破坏的主要原因，表现为水泥浆体出现软化和分离；当硫酸盐浓度较低时，石膏的溶解度大于氢氧化钙等水化物，这样，石膏腐蚀可加速硫酸根离子的渗入，同时也引起了其与单硫型铝酸盐直接形成钙矾石等侵蚀产物。若水泥孔结构中被饱和石灰水充满，那么即使在溶液的pH值很低的情况下，也会有石膏晶相的形成，造成混凝土的破坏。 Ca(OH)2+Na2SO4Ca2+SO42-+Na+OH- 式2 Ca2+ S

5、O42-+2H2OCaSO42H2O 式3 形成的二水石膏体积增大一倍多，使水泥石内部因应力过大而造成混凝土破坏。石膏对混凝土造成的破坏，并不会如钙矾石一般，出现大量裂缝，而是使胶砂脱离，造成混凝土结构脱落。关于石膏的形成，有研究表明石膏的形成与硫酸根离子的浓度有关。根据溶度积公式，只有当硫酸根离子和钙离子的溶度积大于或等于石膏的溶度积时才会有石膏析出。且一般认为，在低硫酸盐浓度（8000ppm SO42-）时，主要侵蚀产物为石膏3（见表1）。表1 不同硫酸根浓度时的主要侵蚀产物SO42-浓度主要侵蚀产物8000ppm石膏3.碳硫硅钙石型在适当的温度(通常是15以下)和pH值(通常是10.51

6、3.0)下，硫酸盐、碳酸盐、C-S-H凝胶和钙离子在水中发生反应生成碳硫硅钙石。该反应速率非常慢，通常需要数月才会生成明显的产物，反应式表述如下： Ca3Si2O73H2O+2CaSO42H2O+2CaCO3+24H2OCa6Si(OH)62(CO3)2(SO4)224H2O+Ca(OH)2 式4有 CO2存在时，也可能以下式进行反应： Ca3Si2O73H2O+2CaSO42H2O+CaCO3+CO2+23H2OCa6Si(OH)62(CO3)2(SO4)224H2O 式5反应生成的 Ca(OH)2不会作为最终产物存在，它将与大气中或溶于水中的 CO2反应生成碳酸钙，成为碳硫硅钙石形成过程的

7、碳酸盐来源之一，反应式如下：Ca(OH)2 + CO2 CaCO3 + H2O 式6由此可见，在碳硫硅钙石形成过程中，Ca(OH)2实际上是作为反应物参与反应。在这个过程中，有团队的合作分工，有大家的讨论、沟通，有老师在一边的指导，当然主要还是我们自己的努力，老师基本不管我们，最多就是看我们毫无头绪的时候指点我们一二，真感觉到了自我学习，自我管理，理论结合实践的重要性。 二实验过程本实验探讨掺入不同量和不同种类的钡盐后，在不同pH值下进行全浸泡和半浸泡，通过测试试块的抗折、抗压强度，反映出侵蚀情况。实验方案的确定加入钡盐主要是为了生成BaSO45。BaSO4的生成从两方面抑制混凝土结构的硫酸盐

8、侵蚀：1) Ba2+与SO42-反应生成BaSO4，直接消耗了SO42-，降低了SO42-与水泥中的Ca2+结合的量。2) 生成的BaSO4可以细化毛细孔的孔径，从而降低SO42-的扩散速度。以上两方面的共同作用最终使石膏或钙矾石晶体的生成速度降低，进而延缓了混凝土硫酸盐侵蚀破坏的速度。实验原料水泥：普通硅酸盐水泥PO 42.5；砂：天然河砂，晒干筛分后，取粒径小于4.75mm的部分；其他材料：去离子水，硫酸钠，氢氧化钡，硝酸钡，盐酸等；实验步骤砂子：烘干用4.75mm的筛子筛称量1200g水：240mL将钡盐加入搅拌锅中，加入240mL水，搅拌至溶解。加入水泥后，将搅拌锅在水泥胶砂搅拌机上按

9、照GB/T 17671规定程序进行搅拌。搅拌均匀后，在已经涂抹油的三联模中先装填二分之一水泥砂浆，用钢尺捣实，尤其模具两侧，在振实台上振动30s，再装填剩余的水泥砂浆，振实，刮平，编号，放入养护室养护。养护室温度202，相对湿度大于50%。经养护24h2h，脱模，将试件置于201的水中预养7d，然后再将试件置于不同pH条件下的5%Na2SO4溶液进行半浸泡和全浸泡侵蚀。表2浸泡方式pHBa(NO3)2掺量（%）Ba(OH)2掺量（%）侵蚀时间（d）全浸泡50 0.51 50.5 15 10101570 0.51 50.5 15 10101512.60 0.51 50.5 15 101015半浸

10、泡50 0.51 50.5 15 10101570 0.51 50.5 15 10101512.60 0.51 50.5 15 101015三 实验后期性能测试： 1、抗折强度试验前，首先接通电源，按下游动砝码上的按钮，用手推动游动砝码左移，使游动砝码上游标的零线对准标尺的零线。将试件放入抗折夹具内，转动夹具下面的手轮，使下拉架上的加荷轴与试件接触，并继续转动一定角度，使大杠杆有一定扬角，扬角在10-15之间。按电气控制箱上的起动按钮，电动机立即转动丝杆推动游动砝码右移，直至试件断裂，此时从游标的刻线与标尺读出抗折强度值，至此一次试验结束。重复试验，测定全部试件的一个龄期的抗折强度值，将抗折后

11、的试件依次放好，待测抗压强度。试验完成后，将游动砝码移回零刻度线，关闭电源。2、抗压强度定义为：指外力为压力时的强度极限。测试过程：首先打开抗压试验机外侧开关，开启电脑，打开软件，快上至一定高度。将水泥抗压夹具放在上下压盘之间。将完成抗折试验后的试块放在夹具中，保持三面平整，贴边放好，点击运行，开始测定力值。观察“力值时间”图像，待图线开始下降时，点击停止，记录数据。依次点击快上、停止，将破碎试块取出，清理夹具后，放入下一个试块。结果分析 通过对实验得出的结果，利用计算机软件绘图分析得出以下结论：在低pH值的条件下，Ca2+优先结合SO42-，生成石膏；在高pH值的条件下，Ca2+优先结合OH

12、-，生成氢氧化钙，在Ca2+较多的情况下，才会和SO42-生成石膏。通过钡盐的掺入可以发现，掺入氢氧化钡1%时，对水泥砂浆的抗硫酸盐侵蚀性能有所提高，且掺入氢氧化钡比硝酸钡的效果更好。四 总结我们的实验实在北区进行的，每次周末我们都会前往北区，大家一起进行实验内容，我们学会了混凝土实验中的那些基本操作，我们在老师的带领下，成功的做出了共计六十个模具的试块，完成在实验室进行水泥试块的基本制作技术的学习，有筛料、成型、养护、拆模，在实验的结束，我们每个成员都能独立完成在实验室制作简单试块，收获很大。以上的这些有我们自己做出的实验，有老师的指点做出来的，也有我们自己搜集资料学来的，我们也真正体会到做中学、学中做的乐趣，也充分感受到了实验和课堂联系起来的美妙。这样的实验不但可以巩固我们课上的理论学习还可以增加我们的动手能力。这样不但可以增加我们的学习兴趣还可以让我们更加热爱学习，热爱科学。