1、磷酸镁水泥基材料抗硫酸盐侵蚀的现状 分析 卞骞 吴发红 杨建明 安徽理工大学 盐城工学院土木工程学院 摘 要： 论述了硅酸盐水泥材料抗硫酸盐腐蚀性的不足, 为克服该项缺陷而提出研究磷 酸镁水泥基材料, 证明其具有比硅酸盐水泥基材料更优良的抵抗硫酸盐腐蚀性 能, 并指明其研究现状及意义。 详细论述了国内外众多学者在磷酸镁水泥基材料 的研究方向以及取得的成果, 并提出待解决问题及今后的研究方向。 关键词： 磷酸镁水泥; 硫酸盐侵蚀; 研究现状; 作者简介：卞骞 (1991-) , 男, 江苏盐城人, 在读硕士研究生, 主要研究方向: 混凝土材料。 0 前言 混凝土的使用范围随着其制备技术的发展而不
2、断扩大, 使得混凝土制品的使用 环境变得越来越复杂和严峻, 其耐久性的问题也越来越明显, 在众多耐久性问 题中, 混凝土被硫酸盐侵蚀破坏最为普遍。 侵蚀机理涉及硫酸根离子与混凝土材 料之间的化学反应、 应力过大导致混凝土损伤而发生破坏等多方面的问题, 因此, 混凝土耐硫酸盐腐蚀能力成为混凝土耐久性问题的研究热点之一1-4。 1 磷酸盐水泥基材料抗硫酸盐侵蚀的研究意义 由于硅酸盐水泥混凝土已不能满足盐湖环境、 重盐渍土区等严酷环境的要求, 有 待开发具有特殊功能的无机胶凝材料代替硅酸盐水泥, 以增强混凝土的抵抗硫 酸盐腐蚀的性能。 近些年来, 磷酸盐水泥混凝土材料因性能优越而逐步获得人们的重视。
3、 磷酸盐水 泥基体的形成与传统硅酸盐水泥相似, 但其产生的水化物所具有的特性又与陶 瓷制成品很相似, 如较高的力学性能、较好的致密度和良好的抗腐蚀性能5。 王伟等6的研究证实, 磷酸盐水泥不仅具有优异的力学性能, 其耐硫酸盐侵蚀能力亦明显优于传统的硅酸盐水泥;美国Eon Coat公司新近推出磷酸盐水泥基防 腐涂料产品, 保证基层材料在ASTM标准规定的盐雾室中暴露1000 h不会产生腐 蚀和渗透7。在全球关注混凝土结构耐久性问题的大背景下, 研究磷酸盐水泥 混凝土的抵抗硫酸盐腐蚀能力就有了一定的现实意义。 2 研究现状 一系列研究证实6-10, 与硅酸盐水泥比较, 磷酸镁水泥 (MPC) 有快
4、硬、早强 高、适应环境温度能力强、变形小等优点。但针对 MPC的相关研究主要集中在 MPC体系的组成结构、水化机理、物理力学性能和修补性能等方面11-15, 有 关MPC体系的耐久性, 尤其关于MPC体系抗盐类腐蚀的关键技术及其机理鲜有报 道。 雒亚莉16用不同浓度的 Na OH、Na Cl、Na2SO4和HCl溶液浸泡MPC 基材料, 观 察其外观变化和测其强度损失, 发现Na OH溶液与HCl溶液对MPC基材料侵蚀较 重, Na Cl 溶液与Na2SO4溶液对 MPC基材料腐蚀较轻。 汪宏涛17用Na2SO4、 Mg SO4 和Na OH 溶液做类似的试验, 得出了与雒亚莉基本一致的结论。
5、二位研究者认为 盐溶液的p H值与MPC 体系的水化产物MKP 的p H值相当, 因而不会对水化产物 的稳定性造成影响。 汪宏涛17和ding18的试验研究均证实, 同样情况下 MPC 基材料试件浸泡在Mg SO4溶液中后, 其抗压强度优于浸泡在Na2SO4溶液中后的抗 压强度, 因而得出结论:硫酸镁溶液渗透进MPC基材料中, 为水化反应提供了Mg, 生成了新的水化产物, 使MPC基材料水化程度提高。 杨建明等研究了氯化钠溶液 对MPC砂浆的侵蚀行为, 证实MPC浆体的抗氯离子渗透性能明显好于硅酸盐水泥 砂浆19。蒋江波等20选用海砂、海水制备 MPC砂浆, 研究了其早期强度性能 及抵抗海水腐
6、蚀的能力, 结果显示所制备的MPC浆体在浸泡海水180 d之后强度 几乎没有太多亏损, 说明其抵抗海水侵腐蚀的能力在特定时间内有良好的表现。 综上所述, 国内已有 MPC体系在腐蚀介质中短期侵蚀行为的相关试验研究, 但 MPC基材料长期处于盐类腐蚀环境下的硫酸盐侵蚀行为及其机理还鲜有报道。 3 待解决问题 目前, 有关 MPC体系的抵抗硫酸盐侵蚀行为有待进行更深一层的研究。 长期处于 高浓度硫酸盐环境、 处于多种腐蚀性离子共存环境和多重损伤因素共同作用环境 下, MPC体系的硫酸盐侵蚀行为及其抗腐蚀性机理的研究有待开展。因此, 需要 系统研究MPC基材料在多重腐蚀环境下的硫酸盐侵蚀行为, 分析
7、其宏观损伤规 律, 揭示其硫酸盐腐蚀机理, 并在此基础上, 设计高性能的MPC基材料, 从而 建立评价其在多重腐蚀环境下的抵抗硫酸盐侵害能力的应用体系。 4 结论 磷酸盐水泥基材料较硅酸盐有更优越的抗硫酸盐腐蚀性, 国内外众多学者在其 抗硫酸盐腐蚀能力上的研究已形成一套较完善的体系。 但目前该领域有待进行进 一步的深入研究和试验, 这对于磷酸镁水泥基材料应用于我国广阔的盐湖环境、 重盐渍土区和沿海地区的混凝土防腐有重要意义。 参考文献 1余红发, 孙伟, 华普校, 等.盐湖地区高强混凝土的配制技术和基本性能J. 建筑材料学报, 2003, 6 (4) :76-81. 2Shannag M J,
8、 Shaia H A.Sulfate resistance of high-performance concreteJ.Cement and Concrete Composites, 2003, 25 (3) :363-369. 3梁咏宁, 袁迎曙.硫酸钠和硫酸镁溶液中混凝土腐蚀破坏的机理J.硅酸盐 学报, 2007, 35 (4) :114-118. 4Chen J, Jiang M, Zhu J.damage evolution in cement mortardue to erosion of sulphateJ.Corrosion science, 2008, 50 (9) :2478
9、-2483. 5Royd M.Recent advances in p H osphate chemically bondedceramicsC.In:doyama M, Somiya S, Chang R P H, eds.Proc.of international Meeting on Advanced Materials for the MRS (Materials research society) , advancedcements andchemically bondedceramics.America:MRS, 1988 (13) :213-28. 6王伟, 衣朝华, 李仕群,
10、等.新型磷铝酸盐水泥抗硫酸盐侵蚀性能J.硅酸 盐学报, 2008, 36 (1) :82-87. 7U.S.Department of Energy, “Waste isolation pilot plant, ”http:/www.wipp.energy.gov/. 8Seehra S S, Gupta S, Kumar S.Rapidsetting magnesiump Hosphate cement for quick repair of concrete pavements-characterisation anddurability aspectsJ.Cement and Concr
11、ete Research.1993, 23 (2) :254266. 9Yang Q, Zhu B, Wu X.Characteristics and durability test of magnesium p H osphate cement-based material for rapidrepair of concreteJ.Materials and Structures, 2000, 33 (4) :229-234. 10Yang Q, Zhang S, Wu X.deicer-scaling resistance ofp Hosphate cement-based binder
12、for rapidrepair of concreteJ.Cement and Concrete Research, 2002, 32 (1) :165-168. 11ding Zh, Li Z.High-early-strengthp Hosphate cement with fly ashJ.ACI Material Journal, 2005, 102 (6) . 12Qiao F, Chau C, Li Z.Property evaluation of magnesiump Hosphate cement mortar as patch repair materialJ.Constru
13、ction and BuildMaterials, 2010, 24:695-700. 13王庆珍, 钱觉时, 秦继辉, 等.环境温度对磷酸镁水泥凝结时间和强度发展 的影响J.硅酸盐学报, 2013, 41 (10) :41-46. 14Li Y, Sun J, Chen B.Experimental study of magnesia and M/P ratio influencing properties of magnesium p H osphate cementJ.Construction and Build Materials, 2014, 65:177-183. 15Xu B,
14、Ma H, Li Z.Influence of magnesia-to-phosphate molar ratio on microstructures, mechanical properties and thermal conductivity of magnesium potassium p H osphate cement paste with large waterto-solidratioJ.Cement and Concrete Research, 2014, 68:1-9. 16雒亚莉.新型早强磷酸镁水泥的试验研究和工程应用D.上海:上海交通大 学, 2010. 17汪宏涛.高性能磷酸镁水泥基材料研究D.重庆:重庆大学, 2006. 18ding Zh.Research of magnesiump Hosphosilicate cementD.Hong Kong:The Hong Kong university of science andtechnology, 2005. 19甄树聪, 杨建明, 张青行, 等.磷酸镁水泥抗氯离子侵蚀性能研究J.建筑 材料学报, 2010, 13 (5) :142-146. 20蒋江波, 薛明, 汪宏涛, 等.海工磷酸镁水泥基材料的制备及性能研究J. 功能材料, 2012, 43 (7) :14-16, 20.
