石膏复合轻质混凝土模拟酸雨实验研究

【前言】石膏复合轻质混凝土模拟酸雨实验研究由文秘帮小编整理而成，但愿对你的学习工作带来帮助。1.前言 斗硎俏夜古建筑特有的结构构件，有着显著的等级性、时代性和地域民族性的风貌特征，反映着各个时代的建筑风格，也蕴含着各个时代的思想观念、社会风俗和审美风尚等丰富的文化特征。中国构架中最显著且独有的特征便是屋顶与立柱间过渡的斗[1]。 在传统建筑的修...

摘要：本文通过对石膏-水泥-锯末以及添加剂等材料制成的石膏复合轻质混凝土模拟酸雨的实验研究，分析了酸性物质对石膏复合轻质混凝土耐久性的影响，为石膏复合轻质混凝土在古建筑斗淼募庸绦薷春头鹿沤ㄖ斗碇械挠τ锰峁├砺鄄慰肌

关键词：石膏复合轻质混凝土；模拟酸雨；耐久性；斗碛τ

Abstract： By experimental study of gypsum composite lightweight concrete which is made of gypsum， cement， sawdust and additives， etc. in simulated acid rain， the impact of durable acidic substances on gypsum composite lightweight concrete was analyzed. This also provided theory of reference for the strengthening and repairing of ancient architecture bucket arch and applying of antique building bucket arch of gypsum composite lightweight concrete.

Keywords： gypsum composite lightweight concrete； simulated acid rain； durability；

the application of arch

1.前言

斗硎俏夜古建筑特有的结构构件，有着显著的等级性、时代性和地域民族性的风貌特征，反映着各个时代的建筑风格，也蕴含着各个时代的思想观念、社会风俗和审美风尚等丰富的文化特征。中国构架中最显著且独有的特征便是屋顶与立柱间过渡的斗[1]。

在传统建筑的修复与重建、仿古建筑的建设中涌现出了一系列建筑结构、新材料的应用问题。具有很高美学价值的斗恚目前大部分用的是钢筋混凝土材料，由于斗砉辜的装饰作用和形式丰富多彩，用钢筋混凝土材料就会凸显其自重大、成型困难、施工技术高、成本大等弊端，尤其对于大型复杂的斗砝此稻透显得特别笨重，施工安装更是困难。为了克服这些缺点，用石膏-水泥-锯末以及添加剂等材料制成一种新型的石膏复合轻质混凝土来代替普通混凝土，应用到仿古建筑的斗砩稀

混凝土易被大气污染物二氧化硫经氧化形成的硫酸逐渐沉积到材料表面而形成的酸雨腐蚀，从而降低混凝土的耐久性能。本文通过对石膏复合轻质混凝土模拟酸雨的实验研究，从试件受腐蚀后的外观、强度、质量变化以及中性化深度等几方面评价石膏复合轻质混凝土的抗酸雨腐蚀能力，分析酸性物质对石膏复合轻质混凝土耐久性的影响，为新材料在古建筑斗淼募庸绦薷春头鹿沤ㄖ斗碇械挠τ锰峁├砺鄄慰肌

2.材料的选取和配合比的确定

2.1材料的选取

（1）水泥：采用郑州天瑞水泥有限公司生产的PC32.5复合硅酸盐水泥。

（2）建筑石膏：采用山西省曲沃富强建材石膏厂生产的富强牌特级石膏粉。

（3）锯末：来源木材加工厂，含水率13.7%，颗粒直径1-2mm等。

（4）速凝剂：采用山西运城市升航建材有限公司生产的SH-A型速凝剂。

2.2配合比的确定

石膏、水泥、锯末以及速凝剂的比例将直接影响到石膏复合轻质混凝土的性能，所以合理的配方比例是非常必要的。在整个反应过程中，半水石膏的作用主要是生成二水石膏，形成骨架产生强度；水泥主要发生水化作用；锯末主要是填充骨料，起到减轻混凝土自重的作用；速凝剂对水泥具有速凝快硬和早强减水作用。从强度方面考虑，半水石膏的比例不能太小，否则必将影响到制品的强度、特别是早期强度，并且影响到脱模工艺等环节。考虑到各种材料的作用以及强度等因素并参考相关实验研究资料，确定石膏复合轻质混凝土各种材料的质量配比为：石膏：水泥：锯末=3：3：5，速凝剂3-5%。水灰比为0.47～0.50。

3.模拟酸雨试验方法

酸雨对混凝土构件的影响是缓慢和长期的，如果在实验室用接近于自然降雨酸度的酸雨进行腐蚀，很难在短期内观察到腐蚀的全过程，所以采用了周期浸泡加速腐蚀试验，配制了PH值为2和4的两种硫酸溶液模拟酸雨。

采用尺寸为l00mm×l00mm×100mm的立方体试件，按照标准试验方法进行取样、制作和养护。同时制作4组，每组3个试件，2组用来耐酸循环试验，2组作为对比用试件。

将试验用试件充分干燥后，称质量，进行编号分组。在每个试件平整的两个相对面，均匀涂上清漆，然后按分组分别放入调配好的酸度值为PH=2和PH=4硫酸溶液中，放入时，将涂清漆的表面朝下。

试验采用周期浸泡方法，一个周期为7天。在一个周期内，试件浸泡5天，然后取出，用水将表面的腐蚀物冲掉，用抹布擦干，自然干燥2天。本次试验试件经过5个周期的浸泡-干燥过程，每个周期内都要观察表面的受腐蚀状况，干燥后测量试件的质量，记录相关数据。注意试验过程中经常检查和调整溶液的PH值，以保证PH不变。

试验结束，将涂抹的清漆打磨掉，和对比试件同时测试试件的抗压强度。然后，在受压后试件的破坏面上涂上1%的酒精酚酞溶液，测量中性化深度。

4.试验结果及性能分析

4.1试验结果

石膏复合轻质混凝土试件受不同PH值的硫酸腐蚀后的外观、质量、强度变化以及中性化深度等几方面的测试结果如下：

（1）外观：浸泡5周期后，在PH=4硫酸溶液中浸泡的试件受蚀程度很轻，表面平整，棱角完好无损，试件的外观、尺寸、颜色均无明显变化。而在PH=2的硫酸溶液中浸泡的试件受蚀较严重，表面有轻微的凸凹不平，棱角有部分损坏。在每一周期浸泡后取出时，试件表面都有一层白色腐蚀产物，似白霜覆盖于表面，除掉白色腐蚀物，清水轻轻刷洗，有似砂粒物脱落，表层砂浆逐渐流失，隐约显露出锯末的颗粒。硫酸与水泥水化产物反应生成的石膏、钙矾石等硫化物，产生结晶膨胀，膨胀应力使混凝土表层脱落损坏。涂有清漆的表面受损较轻，但也有轻微的腐蚀。图1为试件在不同PH值硫酸溶液中经过5个周期浸泡前后的腐蚀情况。

（2）质量损失

图2为试件在不同PH值（6-1、6-2、6-3试件为PH=4，6-4、6-5、6-6试件为PH=2）硫酸溶液中随周期的质量变化图，图3为试件在不同PH值硫酸溶液中随周期的质量损失率图。

从实验结果可以看出，第1周期后，质量变化的随机性较大，6-2、6-3试件的质量减小，6-1、6-4、6-5、6-6试件的质量反而增加了。分析其原因，一是生成硫化物的结晶膨胀，二是自然干燥下试件内部水分蒸发不完全所致，再加上实验误差等因素造成质量的增加。第2周期后，试件在不同的PH值硫酸溶液中的质量损失均随浸泡时间的增长而增大，6-1、6-2、6-3试件图形线较平缓，质量损失率随时间变化较小，腐蚀5周期的质量减少量较小，腐蚀甚微；6-4、6-5、6-6试件图形线较陡峭，质量损失率随时间增大较快，腐蚀5周期的质量减少量大，腐蚀相对严重。所有试件5个周期后的质量损失率均没有超过5%。试验结果与普通混凝土抗硫酸盐侵蚀试验中的验证试验相符合，验证试验表明，混凝土在硫酸盐溶液中进行干湿循环试验时，多数情况下试件的质量是增加的，即使质量减少，也很难达到5%的质量损失率要求[2]。

（3）强度损失

在不同PH值硫酸溶液中浸泡5个周期后的试件强度损失见表1。

从腐蚀后测试的抗压强度来看，浸泡试件的硫酸溶液PH值小，浓度大，试件腐蚀越严重，强度降低越多，强度损失率越大。说明酸性物质的腐蚀会使石膏复合轻质混凝土的强度降低，且酸性越大强度损失越多，耐酸腐蚀降低。参照普通混凝土抗硫酸盐侵蚀试验的规定，本次试验在第5次循环后，混凝土抗压强度耐蚀系数不低于75%，说明石膏复合轻质混凝土强度耐酸雨性能符合要求。

（4）中性化深度

将腐蚀后的混凝土试件受压后剖开，在断面上均匀涂抹1%浓度的酒精酚酞试液，测量试件受蚀后的中性化深度（图4所示）。结果发现，在PH=2的硫酸溶液中浸泡的各试件的中性化深度为5-6mm，涂有清漆的面上为2-3mm。在PH=4的硫酸溶液中浸泡的各试件的中性化深度为1-2mm，涂有清漆的面上仅在表层，几乎没有变化。本试验所配制的混凝土是石膏复合轻质混凝土，强度较低、密实度较低，试件在硫酸溶液中受到的腐蚀程度与高强高性能混凝土相比，相对严重。

4.2性能分析

在模拟酸雨试验中，比较石膏复合轻质混凝土试件在不同PH值硫酸溶液中腐蚀后的外观变化、质量变化、强度损失以及中性化深度，其表现的规律基本一致：硫酸浓度对混凝土的腐蚀影响较大，PH值越小，浓度越高，对混凝土的腐蚀越严重。硫酸与水泥水化产物反应生成石膏、钙矾石等硫化物，在混凝土表层形成保护膜，在低浓度硫酸溶液中，这种硫化物可以稳定存在，可有效阻止酸溶液的侵入，故对混凝土的腐蚀程度较轻；而在高浓度硫酸溶液中，H+会导致硫化物的分解，酸腐蚀向混凝土内部深入进行，另外，硫化物的结晶膨胀使混凝土表层脱落损坏，也会进一步引起硫酸的侵蚀，所以对混凝土的腐蚀严重。

从模拟酸雨试验结果分析，在第5次循环后，混凝土抗压强度耐蚀系数不低于75%，质量损失率不大于5%，低浓度的硫酸对混凝土的外观腐蚀很轻，中性化深度较小，说明石膏复合轻质混凝土耐酸雨性能符合要求，在短期内不会对混凝土造成较强腐蚀。

5.结语

根据工程应用情况来看，用石膏-水泥-锯末以及添加剂等材料制成的石膏复合轻质混凝土代替普通混凝土来制作仿古建筑的斗砉辜，自重轻（表观密度为1200～1500kg/m3），性能优异，易于成型，模具周转快，安装简单，材料取材容易、成本低；力学性能和耐久性能满足以装饰为主的轻质混凝土材料的性能要求，可以作为仿古建筑斗砉辜的材料使用。

建筑艺术的进展，大部分也就是人们选择、驾驭、征服天然材料的试验经过[1]，建筑技术也是随着建筑新材料的出现不断改进的。石膏复合轻质混凝土在斗砩系挠τ醚芯浚对新材料制作斗砭哂泻芎玫牟慰技壑担为传统建筑的设计、施工以及古建筑的加固修复、重建提供了新的方法。

参考文献

[1] 梁思成.清式营造则例[M]. 新一版.北京：中国建筑工业出版社，1981

[2] 普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准（GB/T50082-2009）[S].北京：中国建筑工业出版社，2009

[3] 李建军，刘艳春.斗拱的力学性能及其蕴含在中国馆中的民族象征[J].力学与实践，2010，32（4）：126-129

[4] 屈志中.提高石膏混凝土建筑性能的若干技术途径[J]. 建筑技术，2006，37（1）：17-20

[5] 普通混凝土力学性能试验方法标准（GB/T50081-2002）[S].北京：中国建筑工业出版社，2003

[6] 普通混凝土拌合物性能试验方法标准（GB/T50080-2002）[S].北京：中国建筑工业出版社，2003

[7] 混凝土强度检验评定标准（GB/T50107-2010）[S].北京：中国建筑工业出版社，2010