延迟钙矾石形成、特征和膨胀机理概述

2017 年 9 月________________________V〇1.43,N〇.9

Sichuan Building Materials________________________Sep.，2017

f h丨v£讨

延迟钙矾石形成、特征和膨胀机理概述

文庆军\\ 丁华柱2,刘兴平3，陈源伟4,周白露5

(1.重庆市璧山区峰智混凝土有限公司，重庆402760 ;2.重庆朝国混凝土有限责任公司，重庆401433 ; 3.重庆市慧江混凝土有限公司，重庆400063;4.重庆纬骏水泥制品有限责任公司，重庆401519;

5.重庆驰旭混凝土有限公司，重庆402247)

摘要：延迟钙矾石是混凝土一种潜在的劣化作用，本文在 查阅国内外文献的基础上，对延迟钙矾石的形成、损害特征、 硅反应而引起m^在大部分的实际案例中，大部分延迟钙矾 石均是和预制水泥混凝土制品相关，而另一部分则是和大体 膨胀机理和因素进行了概述，以期为实际工程中延迟钙矾石 的防止提供一定的参考。

关键词：延迟钙矾石；形成;损害特征;膨胀 中图分类号:TQ172. 11

文献标志码:A

文章编号：1672 - 4011 (2017) 09 - 0003 - 02 DOI ： 10. 3969/j. issn. 1672 - 4011. 2017. 09. 002

〇前言

延迟钙矾石的形成（DEF)是水泥混凝土硫酸盐侵蚀的 一种形式，这种形式的硫酸盐侵蚀的特点是侵蚀介质硫酸根 离子来自水泥混凝土内部。因此，延迟钙矾石的定义可认为 是:在硬化后的水泥混凝土中，并无来自水泥混凝土之外的 硫酸盐的过程而引起的钙矾石的形成，延迟钙矾石所造成的 危害往往是在数月或数年之后才会显现出来。延迟钙矾石 形成引起的浆体膨胀，会导致水泥浆体和骨料-水泥浆体界 面出现裂缝，在裂缝中钙矾石从遍布水泥浆体的亚微观晶体 再结晶D钙矾石的膨胀主要在于钙矾石的晶体结构中结合 了 32个水分子，这32个水分子包括了吸附水、沟槽水、链状 水和牢固结合水，会使钙矾石的体积膨胀1. 25倍左右。

1延迟钙矾石的形成

一

般认为，翕温蒸养更容易形成延迟钙矾石，在65°C以

上，钙矾石会分解成单硫型水化物，钙矾石分解释放的硫酸 根离子被吸附在水化硅酸钙上，在水泥混凝土的后续服役 中，当被吸附的硫酸根离子解吸附时，会再次形成钙矾石，但 一般认为温度只是延迟钙矾石形成的必要条件。Collepardi 等-1]针对延迟钙矾石的形成提出了以下假说:①在水泥混凝 土生产施工的过程中，或者水泥混凝土遭受了碱集料反应等 化学反应，或是水泥混凝土在服役期间产生裂缝增大了水泥 混凝土本身的渗透性;②硫酸根离子来自水泥水化产物的释 放;③充足的水分保证硫酸根离子等的迁移;④钙矾石沉积 在现有的微裂缝中。

实际工程中已有许多延迟钙矾石案例[2_6]，其中大部分 的实际工程案例中还伴随出现了碱_硅反应，并且一些工程 中发现的延迟钙矾石案例在分析结果时发现其是由于碱_

收稿日期=2017 -04 -02

作者简介：文庆军（1978 -

)，男，四川武胜人，大专，工程师，技术负责

人，主要从事预拌混凝土技术质量管理工作。通信作者：丁华柱（1982 -)，男，广西浦北人，本科，高级工程师，注册 一级建造师，试验室主任，主要从事预拌混凝土技术、质量管理工作。

积混凝土相关，在于大体积混凝土过高的水化放热。

Biczok报道了德国Magdeburg市一座桥墩的硫酸盐侵

蚀，在使用4年后发现该桥的桥墩增高了 8 cm,并且有大面

积的开裂，主要原因在于当地环境中高含14的硫酸盐导致的 破坏。Pettife和

Nixon在南美Pirow StreetBridge的混凝土结

构中发现了延迟钙矾石破坏。在美国德克萨斯州的高速公 路箱型梁中发现严®的延迟钙矾石破坏[8]s但也有不少的 工程案例中发现延迟钙矾石的破坏并是由于混凝土结构 遭受过高温而引起的

Lawrence

总结了延迟钙矾石

的形成:①一般延迟钙矾石的形成是在水泥混凝土遭受

70

°C的温度If在相对湿度>95%的环境下造成严重的膨胀 开裂，在70〜100°C，温度越高，膨胀越厉害;②水泥混凝土在

湿润空气中，与水中相比其膨胀发展较慢，但其宏观的裂缝 却更加明显;③采用40 mm X 40 mm X 160 mm的试件试验时 发现在3个月左右砂浆试件的膨胀最明显，在后面的1〜2 年时间内膨胀开始逐步平缓;④延迟钙矾石造成的膨胀从水 泥混凝土外部开裂，并逐步向内部扩大;⑤延迟钙矾石造成 的膨胀受到所用骨料的性质和尺寸的影响;⑥岿水泥混凝土 结构已经出现破坏的情况时，延迟钙矾石破坏一般伴随碱_ 硅反应发生。

2

受延迟钙矾石损害的结构特征

在被延迟钙矾石破坏的水泥混凝土或水泥砂浆中，通常

可以观察到一条宽度有30 jxm的条带状钙矾石环绕着骨料 颗粒并且刺穿浆体。在水泥净浆试件中，同样也可以观察到 类似的一条破坏带，但其主要分布在试件的表面区域[13] @ 以上这些特征是延迟钙矾石破坏的特征面貌，但是延迟钙矾 石的破坏还具有其他的破坏方式。例如，在一些未受到高温 作用的水泥混凝土中，同样本身也是存在钙矾石，在水泥混 凝土外界及内部有足够的水分供其迁移，在结构内部会很容 易造成钙矾石的ffl结晶，形成更大的晶体。

3延迟钙矾石的膨胀

钙矾石的形成导致了其固相体积的大幅度增加，但其膨

胀的原因却很难说明。目前，钙矾石所造成的膨胀最有可能 的原因是钙矾石晶体生长压力所导致。而在水泥砂浆和混 凝土的膨胀中，其膨胀来源究竟是受骨料界面上的钙矾石生

长还是浆体中的影响，则尚有争论。其中有关水泥浆体的膨 胀主要有以下观点：①边缘裂缝的宽度3E比于骨料尺寸;② 界面上的裂缝最初是空无一物的;③假定膨胀是通过晶体生

Vol.43,N〇.9 (T l»i 第43卷第 9 期Sep. ,2017____________________________Sichuan Building Materials________________________2017 年 9 月

长压力而产生的，那么，有效的生长压力便不能在相对较大 的裂缝中获得;④浆体膨胀，进行很慢。

化学因素会影响延迟钙矾石的膨胀，钙矾石的含量和水 泥混凝土的膨胀之间不存在一个简单普遍的关系，但水泥混 凝土内部303和A1203的含tf对于膨胀限制却能起到一定的 作用。S03的含量过龜钙矾石将会在高温下呈现，而A1203 的含量过高，则主要存在的是单硫型硫铝酸钙而非钙矾石a

浆体的微观结构也会影响延迟钙矾石的膨胀，在钙矾石 晶体通过其生长能够施加压力的地方，它们的形成便决定了 膨胀。如果钙矾石沉积在孔隙相对较大且高度连通的地方， 而钙矾石如果沉积的地方在孔隙较小 其施加的压A便很小，

且不连通的地方，则该地区的结晶压力将会很大。

水泥砂浆和混凝土的微观结构也会影响延迟钙矾石的 膨胀，这一结构决定了水泥砂浆和混凝土抵御与钙矾石的形 成相关的应力的能力f

[4] [5 ] [6] [7]

[8] [9]

4结论

1) 2)

水泥混凝土在遭受>70°C的温度后，在一定的环境下 钙矾石是水泥的正常水化产物，在水泥混凝土内部的

会导致延迟钙矾石的形成。

微裂缝和孔隙中都冇重结晶的倾向，即均有形成延迟钙矾石 的可能。

3) 对于高温造成的水泥混凝土延迟钙矾石破坏，在养护过程中可以采取适3的措施来降低风险，例如足够低的加热 和冷却速率。

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