2024年4月4日发(作者：)

第４２卷第４期　

２０１２年７月　

东南大学学报（自然科学版）　

ＪＯＵＲＮＡＬ　ＯＦ　ＳＯＵＴＨＥＡＳＴ　ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ（Ｎａｔｕｒａｌ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　Ｅｄｉｔｉｏｎ）　

Ｖｏ１．４２　ＮＯ．４　

Ｊｕｌｙ　２０１２　

ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１—０５０５．２０１２．０４．０３６　

基于Ｍａｐｐｉｎｇ图像分析的硫酸钠侵蚀　

水泥基材料中硫元素分布规律　

李　华　孙　伟　左晓宝　

（　东南大学材料科学与工程学院，南京２１１１８９）　

（　南京理工大学土木工程系，南京２１００９４）　

摘要：利用ＳＥＭ—ＢＳＥ成像模式和ＥＤＳ—Ｍａｐｐｉｎｇ模式测试了质量分数为２．５％和５．０％Ｎａ　ＳＯ　

溶液侵蚀１年后的水泥净浆、砂浆试样的微观形貌和元素分布．结合图像分析方法，定量描述与　

分析了试样中硫元素浓度分布规律及硫酸根离子的侵蚀深度．结果表明：不同浓度Ｎａ，ＳＯ　溶液　

侵蚀下的净浆、砂浆试样中硫元素浓度分布趋势基本一致，表层浆体硫元素浓度较低，近表层区　

出现高硫含量带，随后硫元素浓度随深度增加而下降，下降幅度先剧烈后平缓，最终硫元素浓度　

趋于稳定．硫元素各分布段分别对应于石膏集中生成区、石膏与钙矾石混合生成区、钙矾石集中　

生成区以及未腐蚀区．高浓度Ｎａ：ｓ０　溶液侵蚀后的净浆试样的高硫含量带宽度为５５０　Ｉｘｍ，硫元　

素浓度峰值为６．８７％，明显大于低浓度Ｎａ　ＳＯ　溶液侵蚀后的试样（分别为３００　ｍ和１．９３％）；　

低浓度Ｎａ　ＳＯ　溶液侵蚀下，砂浆试样高硫含量带宽度大于同水灰比净浆试样，硫元素浓度峰值　

略小于净浆试样．　

关键词：硫酸盐侵蚀；水泥基材料；硫元素浓度分布；面扫描；定量；图像分析　

中图分类号：ＴＵ５２８　文献标志码：Ａ　文章编号：１００１—０５０５（２０１２）０４．－０７６６　０７　

Ｓｔｕｄｙ　ｏｎ　ｓｕｌｆｕｒ　ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ　ｉｎ　ｃｅｍｅｎｔ—ｂａｓｅｄ　ｍａｔｅｒｉａｌｓ　

ｓｕｂｊｅｃｔｅｄ　ｔｏ　ｅｘｔｅｒｎａｌ　ｓｕｌｆａｔｅ　ａｔｔａｃｋ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　Ｍａｐｐｉｎｇ　ｉｍａｇｅ　ａｎａｌｙｓｉｓ　

Ｌｉ　Ｈｕａ　Ｓｕｎ　Ｗｅｉ　Ｚｕｏ　Ｘｉａｏｂａｏ　＿　

（　Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｍａｔｅｒｉａｌｓ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｓｏｕｔｈｅａｓｔ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ　２１１１８９，Ｃｈｉｎａ）　

（　Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ　ｏｆＣｉｖｉｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｎａｎｊｉｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ　２１００９４，Ｃｈｉｎａ）　

Ａ１ｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｃｋｓｃａｔｔｅｒｅｄ　ｅｌｅｃｔｒｏｎ　ｉｍａｇｅ　ａｎｄ　ｍａｐｐｉｎｇ　ｍｏｄｅ　ｏｆ　ＥＤＳ　ｗｅｒｅ　ａｄｏｐｔｅｄ　ｔｏ　ｔｅｓｔ　ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃ　

ｔｕｒｅ　ａｎｄ　ｅｌｅｍｅｎｔ　ｄｉｓ；ｔｒｉｂｕｔｉｏｎｓ　ｉｎ　ｃｅｍｅｎｔ　ｐａｓｔｅｓ　ａｎｄ　ｍｏｒｔａｒｓ　ｅｒｏｄｅｄ　ｂｖ　２．５％ａｎｄ　５．０％Ｎａ，，ＳＯ　ｓｏｌｕ—　

ｔｉｏｎｓ　ｆｏｒ　ｏｎｅ　ｙｅａｒ．Ｃ＇ｏｍｂｉｎｅｄ　ｗｉｔｌｈ　ｓｕｂｓｅｑｕｅｎｔ　ｉｍａｇｅ　ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ．ｔｈｅ　ｄｉＬｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ　ｒｕｌｅｓ　ｏｆ　ｓｕｌｆｕｒ　ｗｅｒｅ　

ｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅｌｙ　ｄｅｓｃｒｉｂｅｄ　ａｎｄ　ａｎａｌｙｚｅｄ．ＴＩ＇ｈｅ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｓｈｏｗ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｓｕｌ：ｆｕｒ　ｄｉｓ１ｔｒｉｂｕｔｉｏｎ　ｔｒｅｎｄｓ　ｉｎ　ｓｐｅｃｉ—　

ｍｅｎｓ　ａｒｅ　ｂａｓｉｃａｌｌｙ　ｃｏｎｓｉｓｔｅｎｔ．ＴＩｈｅ　ｓｕｌｆｕｒ　ｃｏｎｔｅｎｔ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｓｕｒｆａｃｅ　ｐａｓｔｅ　ｉｓ　ｌｏｗ．“ｈｉｇｈ　ｓｕｂｆｕｒ　ｃｏｎｔｅｎｔ”　

ｂａｎｄ　ａｐｐｅａｒｓ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｎｅａｒ—ｓｕｒｆａｃｅ　ｚｏｎｅ，ｓｕｂｓｅｑｕｅｎｔｌｙ．ｗｉｉｔｈ　ｔｈｅ　ｉｎｃｒｅａｓｅ　ｏｆ　ｄｅｐｔｈ．ｓｕｌｆｕｒ　ｃｏｎｔｅｎｔ　ｆｉｘｓｔ—　

ｌｙ　ｄｅｃｒｅａｓｅｓ　ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ，ｔｈｅｎ　ｄｅｃｒｅａｓｅｓ　ｇｒａｄｕａｌｌｙ，ｆｉｎａｌｌｙ　ｔｅｎｄｓ　ｔｏ　ａ　ｃｏｎｓｔａｎｔ．Ｔｈｅｓｅ　ｓｕ［［ｆｕｒ　ｄｉｓｔｒｉｂｕ—　

ｔｉｏｎ　ｓｅｇｍｅｎｔｓ　ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｇｙｐｓｕｍ　ａｒｅａ，ｇｙｐｓｕｍ—ｅｔｔｒｉｎｇｉｔｅ　ｃｏｅｘｉｓｔｅｎｃｅ　ａｒｅａ，ｅｔｔｒｉｎｇｉｔｅ　ａｒｅａ　ａｎｄ　

ｎｏｔ　ｅｒｏｄｅｄ　ａｒｅａ．ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．Ｍｏｒｅｏｖｅｒ．ｔｈｅ　ｗｉｄｔｈ　ａｎｄ　ｐｅａｋ　ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ　ｏｆ“ｈｉｇｈ　ｓｕｌｆｕｒ　ｃｏｎｔｅｎｔ”　

ｂａｎｄ　ｏｆ　ｃｅｍｅｎｔ　ｐａｓｔｅｓ　ｉｍｍｅｒｓｅｄ　ｉｎ　５．０％Ｎａ，ＳＯｊ　ｓｏｌｕｔｉｏｎ　ａｒｅ　５５０　ｍ　ａｎｄ　６．８７％，ｇｒｅａｔｅｒ　ｔｈａｎ　ｔｈｏｓｅ　

ｉｎ　２．５％Ｎａ２，ＳＯ４　ｓｏｌｕｔｉｏｎ（３００　Ｉｘｍ　ａｎｄ　１．９３％，ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ），ａｎｄ　ｔｈｅ　ｗｉｄｔｈ　ｏｆ“ｈｉｇｈ　ｓｕｌｆｕｒ　ｃｏｎｔｅｎｔ”　

ｂａｎｄ　ｏｆ　ｃｅｍｅｎｔ　ｍｏｒｔａｒ　ｉｍｍｅｒｓｅｄ　ｉｎ　２．５％Ｎａ，ＳＯ　ｓｏｌｕｔｉｏｎ　ｉｓ　ｇｒｅａｔｅｒ　ｔｈａｎ　ｔｈａｔ　ｏｆ　ｃｅｍｅｎｔ　ｐａｓｔｅ．　

Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｓｕｌｆａｔｅ　ａｔｔａｃｋ；ｃｅｍｅｎｔ—ｂａｓｅｄ　ｍａｔｅｒｉａｌｓ；ｓｕｌｆｕｒ　ｄｉｓｔｉｂｕｔｒｉｏｎ；ｍａｐｐｉｎｇ；ｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅ；ｉｍ—　

ａｇｅ　ａｎａｌｙｓｉｓ　

收稿日期：２０１ｌ—ｌ２一ｌ２．　作者简介：李华（１９８７一），女，硕士生；孙伟（联系人），女，教授，博ｌ：生导师，中国ｒ程院院｛　，ｓｕｎｗｅｉ＠ｓｅｕ．ｅｄｕ．ｃｎ．　

基金项目：国家重点基础研究发展计划（９７３计划）资助项目（２００９ＣＢ６２３２０３）、国家自然科学基金资助项日（５１０７８１８６）、江苏省自然科学　

基金资助项目（ＢＫ２０１００７１）．　

引文格式：李华，孙伟，左晓宝．基于Ｍａｐｐｉｎｇ图像分析的硫酸钠侵蚀水泥基材料中硫元素分布规律［Ｊ］．东南大学学报：自然科学版，２０１２，　

４２（４）：７６６～７７２．［ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１—０５０５．２０１２　０４　０３６］　

第４期　李华，等：基于Ｍａｐｐｉｎｇ图像分析的硫酸钠侵蚀水泥基材料中硫元素分布规律　７６７　

研究硫酸盐侵蚀下水泥基材料的损伤破坏过　

程时，获得材料内硫酸根离子浓度分布规律是定量　

分析其性能退化规律的基础．文献［１—３］通过　

Ｆｉｃｋ定律，建立了硫酸根离子在混凝土等水泥基材　

ｍｍ　ｘ　４０　ｎｌｍ×１６０　ｍｍ的水泥净浆、砂浆２类试　

件，减水剂掺量（以含同量折算）为水泥质量的　

０．３％．试件浇筑振实后，室温养护１　ｄ拆模，标准　

养护２５　ｄ后取出，打磨４０　ｍｍ×１６０　ｍｍ的４个矩　

形面以除去表面一层薄的不均匀水泥浆层．试件清　

洗后再标养２　ｄ使其表面重新饱水，共养护２８　ｄ．　

然后将试件浸泡于质量分数为２．５％和５．０％的　

Ｎａ　ＳＯ　溶液中．浸泡之前，先将试件４０　ｍｍ×４０　

ｍｍ的２个面用低黏度环氧树脂充分密封，即保持　

料中扩散与传输规律的理论分析模型，但这些模型　

多数是建立在假设水泥基材料为理想均质材料的　

基础上，模型分析结果有待微观试验进一步修正．　

传统检测硫酸根离子的化学分析方法是分层测定　

试样中硫酸根离子含量，进而获得硫酸盐侵蚀后水　

泥基材料由表及里的硫酸根离子含量分布　．但这　

４个矩形面与侵蚀溶液接触．浸泡过程中，每３个　

月更换一次溶液．塑料浸泡容器静置于室温环境　

中，加上盖子密封，以防止碳化的影响．　

１．３微观测试样品的制备与测试　

种测试方法所测定的硫酸根离子浓度是样品某层中　

硫酸根离子的平均含量，受取样层厚度限制．　

根据ｘ射线能谱仪（ＥＤＳ）的面扫描（Ｍａｐ，　

ｐｉｎｇ）分析功能，可测得感兴趣的各种元素在选定　

微区面上的浓度分布．本文利用扫描电子显微镜　

（ＳＥＭ）的背散射电子（ＢＳＥ）成像模式和ＥＤＳ的　

Ｍａｐｐｉｎｇ模式，结合图像分析方法，研究了Ｎａ　ＳＯ　

用于二次电子成像的样品取自试件自然断面．　

由于背散射电子成像对样品表面平整度要求很高，　

因此实验中在试件中部横截面方向切割出１０　ｍｎｌ　

厚的试样，再进一步切割成大小约１０　ｍｍ×１０　ｍｉｌｌ　

溶液侵蚀下水泥净浆、砂浆试样中硫酸根离子的分　

布，通过试样中硫元素的定量分布以描述硫酸根离　

子的分布规律，并通过二次电子（ＳＥＩ）成像模式测　

试了侵蚀后浆体的微观形态，为分析硫酸根离子在　

×１０　ｍｍ的小块样品，低温冷冻干燥２４　ｈ后，用环　

氧树脂真空浸渍．对浸渍固化后样品的待观察面进　

行仔细研磨和抛光，直至在反光显微镜下检查到样　

品表面光亮平整，无可见划痕．样品抛光、清洗以　

后，放置于真空干燥器中以备电镜观测．　

水泥基材料中的传输规律及材料的损伤劣化过程　

提供一定的实验基础．　

测试仪器为附带能谱仪的聚焦离子束／场发射　

环境扫描电子显微镜（Ｑｕａｎｔａ　３Ｄ　ＦＥＧ）．背散射电　

子成像时，首先获得选定区域的ＢＳＥ像；同时利用　

ＥＤＳ的Ｍａｐｐｉｎｇ模式对选定区域进行面扫描（图　

１　试验　

１．１原材料　

实验用原材料：Ｐ・Ｉ　５２．５水泥（华新水泥股　

份有限公司），其矿物成分如表１所示，化学分析　

测试结果如表２所示；洁净的自来水；河砂，细度模　

数为２．６，主要化学成分为ＳｉＯ　（质量分数９９．５％　

左右）；ＪＭ－ＰＣＡ（ＩＶ）聚羧酸类高效减水剂（江苏博　

特新材料有限公司），含固量为３０％，减水率为　

３５％．　

像分辨率２５６×２００像素、帧幅数２５６），获得元素　

面分布图像．用于二次电子成像的样品测试前表面　

镀一层Ｐｔ膜，以便能在高真空状态下成像．　

２　图像处理与分析方法　

ＥＤＳ测得的元素面分布图为选定微区内元素　

浓度分布的直观图像，需经图像处理与分析，以获　

表１波特兰Ｉ型水泥矿物成分　％　

得元素分布的定量信息．图像处理流程如图１所　

示，用Ｍａ廿ａｂ编程实现，具体步骤如下：　

①将测得的元素面分布图像　，，　转换为灰　

１．２试件制备及侵蚀制度　

实验采用水灰比（质量比）为０．３５、尺寸４０　

氧化物　

ＳｉＯ，　

Ａｌ２Ｏ３　

Ｆｅ２Ｏ３　

度图像　，　，如图１（ａ）所示．　

②从灰度图像中提取基体区域．对砂浆试样，　

％　

其他　

Ｃｌ　

ＬＯ１　

表２水泥化学分析测试结果　

质量分数　

２１．３５　

４．６７　

３

３Ｉ　

．

氧化物　

Ｋ，Ｏ　

Ｎａ，Ｏ　

ＴｉＯ，

ＳＯ　

Ｐ，Ｏ　

质量分数　

０．５４　

０．２１　

０．２７　

２．２５　

Ｏ．１０　

氧化物　

ＢａＯ　

ＺｎＯ　

ＭｎＯ　

ＳｒＯ　

Ｐｂｏ　

质量分数　

０．０４１　

０．０６４　

０．Ｊ８０　

Ｏ．１３０　

０．０２３　

质量分数　

０．Ｏ３ｌ　

０．９５０　

ＣａＯ　

ＭｇＯ　

６２．６０　

３．０８　

注：检测设备Ａｘｉｏｓ　ａｄｖａｎｃｅｄ　Ｘ射线荧光光谱仪，检验依据《ＪＹ／Ｔ　０１６—１９９６波长色散型Ｘ射线荧光光谱仪方法通则》．　

ｈｔｔｐ：／／ｊｏｕｒｎａ１．ｓｅｕ．ｅｄｕ．ｃｒｌ　

第４期　李华，等：基于Ｍａｐｐｉｎｇ图像分析的硫酸钠侵蚀水泥基材料中硫元素分布规律　

＼一∞一　

７　６　５　４　３　２　ｌ　Ｏ　

７６９　

＼　

∽　

深度／ｍｍ　

（ａ）试件Ｊ１面扫描　

深度／ｎｕｎ　

（ｂ）试件Ｊ２面扫描　

＼一∽一　

７　６　５　４　３　２　１　Ｏ　

深度／ｍｍ　

（ｃ）试件Ｊ１线扫描　

深度／ｍｍ　

（ｄ）试件Ｊ２线扫描　

图２净浆试样中硫元素浓度一深度关系曲线　

３・Ｏ　

２・５　

２・Ｏ　

一　

／高硫含量带　

＼　

１．５　

１．０　

Ｏ・５　

Ｏ　

　ｌ

：　１．１ＩＩ　

深度／ｍｍ　

（ａ）试件Ｊ１　

．一＾　

高硫含量带　

　ｌＩ　

～　

０　０．２　０．４　０．６　０．８　１．０　１．２　１．４　１．６　

０　０．２　０．４　０．６　０．８　１．０　１．２　１．４　１．６　

深度／ｍｍ　

（ｂ）试件Ｊ２　

图３净浆试样高硫含量带硫元素浓度分布图　

表３侵蚀后水泥净浆试样高硫含量带的特征　

体．而从硫元素面分布图可以看出，侵蚀产物混合　

体主要是以长脉状平行于试样暴露面分布的，因而　

侵蚀产物晶体生长更易产生横向膨胀内应力，破坏　

３．２骨料对试样中硫元素分布规律的影响　

图５给出了在２．５％Ｎａ：ＳＯ　溶液中浸泡１年　

后的同水灰比水泥净浆和砂浆试件（简称试件Ｓ１）　

的硫元素面分布图定量分析结果．从图中可以看　

浆体横向的黏结性能，这也可以解释水泥基材料在　

遭受硫酸盐侵蚀后发生层层剥落现象　的原因．　

从图４试样的ＢＳＥ像还可以看出，浸泡于５．０％　

出，侵蚀后的砂浆试样中硫元素浓度分布趋势与净　

浆试样基本一致，即表层区硫元素浓度较低，近表　

层区一定范围内出现高硫含量带，随后硫元素浓度　

随着试样深度的增大逐渐下降，最后趋于稳定．为　

了对比水泥净浆和砂浆试样中高硫含量带的特征，　

将图５中２种试样内的高硫含量带局部放大，如图　

６所示．从图中可以看出，在相同的Ｎａ　ＳＯ　侵蚀浓　

ｈｔｔｐ：／／ｊｏｕｍａ１．ｓｅｕ．ｅｄｕ．ｃｎ　

Ｎａ　ＳＯ　溶液中的试样比２．５％Ｎａ　ＳＯ　溶液中的　

试样腐蚀程度更为严重，说明浸泡在５．０％　

Ｎａ　ＳＯ　溶液中的试样有更多的硫酸根离子与浆体　

反应生成了更多的腐蚀产物，这与试样中硫元素浓　

度的对比结果相一致．　

７７０　东南大学学报（自然科学版）　第４２卷　

暴　

（ａ）试件Ｊ１　

露面　

（ｂ）试件Ｊ２　

图４侵蚀后净浆试样的ＢＳＥ像　

度下，相同水灰比的砂浆试样中高硫含量带的宽度　

要明显大于净浆试样中高硫含量带的宽度，即砂浆　

试样受硫酸根离子侵入深度更大，但水泥净浆试样　

中硫元素浓度峰值略大于砂浆中硫元素的浓度峰　

值，具体数值见表４．　

图５不同类型试样中硫元素浓度一深度曲线　

表４侵蚀后水泥净浆和水泥砂浆试样高硫含量带特征　

ＳｈａｈＩ　ｌｏ］和Ｄｅｌａｇｒａｖｅ等　指出在水化水泥浆　

体中骨料的夹杂对其传输性能会产生２种相反的　

效应，即稀释效应、曲折效应和界面过渡区效应、逾　

渗效应，其中，稀释和曲折效应降低了砂浆材料的　

渗透性，而界面过渡区效应和逾渗效应则增大了材　

料的渗透性．在水泥浆体中掺入砂子形成砂浆后，　

虽然增加了材料的曲折度，但增加的幅度较小¨　ｊ，　

而砂子等骨料的引入，使骨料与水泥浆体间的界面　

过渡区效应明显增加　，其界面效应要大于其曲　

折和稀释效应，因此，硫酸盐侵蚀下硫酸根离子在　

砂浆中的渗透性比在水泥净浆中的渗透性要好，这　

使得硫酸根离子在砂浆试样中的侵入深度更大．此　

外，由于硫酸盐侵蚀主要发生在水泥浆体中，而骨　

料一般不参与反应，从试样表面至其内部同一深　

度，由于骨料的存在，砂浆试样结合硫酸根离子的　

有效体积比同体积的净浆试样要少，这也使得有更　

多的硫酸根离子向砂浆试件内部侵入，砂浆试样从　

而呈现出更为严重的侵蚀现象．从图６（ｂ）还可以　

看出，砂浆中高硫含量带曲线呈现明显的锯齿状，　

反应了硫酸根浓度在界面过渡区比临近的浆体中　

更高．　

深度／ｎａｎｉ　

（ａ）试件儿　

２．５　

２．ｏ　

１．５　

∞　

≥１

．

０　

０．５　

　：

０　

Ｉ　　ｌ

　：Ｉ　Ｉ　ｌ　Ｉ　

深度／ｍｍ　

（ｂ）试件Ｓ１　

图６试样中高硫含量带硫元素浓度分布图　

图７给出了２．５％Ｎａ　ＳＯ　溶液侵蚀下的砂浆　

试样中某微区的ＢＳＥ图像及对应的Ｓ－Ｍａｐｐｉｎｇ图　

像（帧平均数为６４）．从图４（ａ）中可知，２．５％　

Ｎａ　ＳＯ　溶液侵蚀下净浆试样表层区有一些微裂纹　

出现，而同一侵蚀浓度下的砂浆试样表层区已呈现　

明显的松散、开裂现象，大量裂纹沿着界面过渡区　

７７２　东南大学学报（自然科学版）　第４２卷　

溶液中的净浆试样，与上文测得的高硫含量带宽度　

的比较结果相一致．　

ｍｅｎｔｓ－ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ　ｖａｌｉｄａｔｉｏｎ［Ｊ］．Ｃｅｍｅｎｔ　ａｎｄ　Ｃｏｎｃｒｅｔｅ　

Ｒｅｓｅａｒｃｈ，２００４，３４（９）：１５７９—１５８９．　

砂浆不仅近表层浆体中出现石膏的脉状纹路，　

更多的是在集料一浆体的界面过渡区以及孔隙中生　

成大量块状石膏（见图８（ｂ）），集料和浆体的黏结　

［４］赵顺波，陈记豪，高润东，等．硫酸盐侵蚀混凝土内　

部硫酸根离子浓度测试方法［Ｊ］．港工技术，２００８　

（３）：３１—３３．　

Ｚｈａｏ　Ｓｈｕｎｂｏ，Ｃｈｅｎ　Ｊｉｈａｏ，Ｇａｏ　Ｒｕｎｄｏｎｇ，ｅｔ　ａ１．Ｍｅａｓ－　

ｕｒｅｍｅｎｔ　ｏｆ　ｓｕｌｆａｔｅ—ｉｏｎ　ｃｏｎｔｅｎｔ　ｉｎ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ　ａｔｔａｃｋｅｄ　ｂｙ　

松散；而在中层区，集料一浆体的界面过渡区生成大　

量针棒状钙矾石晶体，同时一些孔隙也成为钙矾石　

的集中生成区．　

ｓｏｄｉｕｍ　ｓｕｌｆａｔｅ［Ｊ］．Ｐｏｒｔ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２００８　

（３）：３１—３３．（ｉｎ　Ｃｈｉｎｅｓｅ）　

［５］Ｓｅｄｇｅｗｉｃｋ　Ｊ．Ｐｈｏｔｏｓｈｏｐ科学图像处理——方法、测量　

４　结论　

１）不同浓度Ｎａ　ＳＯ　溶液侵蚀下，水泥净浆和　

砂浆试样中硫元素分布呈相同趋势：试样表层区硫　

元素浓度较低，近表层区一定范围内出现高硫含量　

带，随后硫元素浓度随试样深度的增大逐渐下降，　

最终趋于稳定．　

２）试样中高硫含量带宽度和硫元素峰值浓度　

均随Ｎａ　ＳＯ　溶液浓度的增加而增大，砂浆试样中　

高硫含量带宽度大于净浆试样高硫含量带宽度．高　

浓度Ｎａ　ＳＯ　溶液中净浆试样比低浓度Ｎａ　ＳＯ　溶　

液中净浆试样侵蚀严重．同浓度Ｎａ　ＳＯ　溶液中砂　

浆试样比同水灰比净浆试样侵蚀严重．　

３）试样中，高硫含量带对应侵蚀产物主要为　

石膏，硫元素浓度下降剧烈的分布段对应侵蚀产物　

既有石膏也有钙矾石，硫元素浓度下降平缓的分布　

段对应侵蚀产物主要为钙矾石．净浆中石膏主要以　

长脉状平行于暴露面分布，砂浆中石膏主要分布在　

浆体一骨料的界面过渡区，由石膏和钙矾石生成所　

引起的膨胀裂纹沿浆体一骨料界面过渡区扩展延　

伸，使砂浆试件破坏更为严重．　

参考文献（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ）　

　Ｉ１　Ｉ　Ｇｏｓｐｏｄｉｎｏｖ　Ｐ　Ｎ．Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｏｆ　３Ｄ　ｓｕｌｆａｔｅ　

ｉｏｎ　ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ　ａｎｄ　１ｉｑｕｉｄ　ｐｕｓｈ　ｏｕｔ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｍａｔｅｒｉａｌ　ｃａｐｉｌｌａｒ—　

ｉｅｓ　ｉｎ　ｃｅｍｅｎｔ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ　１　Ｊ　Ｉ．Ｃｅｍｅｎｔ　ａｎｄ　Ｃｏｎｃｒｅｔｅ　

Ｒｅｓｅａｒｃｈ，２００５，３５（３）：５２０—５２６．　

［２］左晓宝，孙伟．硫酸盐侵蚀下的混凝土损伤破坏全过　

程［Ｊ］．硅酸盐学报，２００９，３７（７）：１０６３—１０６７．　

Ｚｕｏ　Ｘｉａｏｂａｏ．Ｓｕｎ　Ｗｅｉ．ＦｕＵ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　ｄａｍａｇｅ　

ｎａｄ　ｆａｉｌｕｒｅ　ｏｆ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ　ｓｕｂｊｅｃｔｅｄ　ｔｏ　ｅｘｔｅｒｎａｌ　ｓｕｌｆａｔｅ　ａｔ—　

ｔａｃｋ　Ｉ　Ｊ　１．Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｃｈｉｎｅｓｅ　Ｃｅｒａｍｉｃ　Ｓｏｃｉｅｔｙ，　

２００９，３７（７）：１０６３—１０６７．（ｉｎ　Ｃｈｉｎｅｓｅ）　

　１３　ｌ　Ｍａｌｔａｉｓ　Ｙ，Ｓａｍｓｏｎ　Ｅ，Ｍａｒｃｈａｎｄ　Ｊ．Ｐｒｅｄｉｃｔｉｎｇ　ｔｈｅ　ｄｕｒａ．　

ｂｉｌｉｔｙ　ｏｆ　Ｐｏｒｔｌａｎｄ　ｃｅｍｅｎｔ　ｓｙｓｔｅｍｓ　ｉｎ　ａｇｇｒｅｓｓｉｖｅ　ｅｎｖｉｒｏｎ—　

ｈｔｔｐ：／／ｊｏｕｒｎａ１．ｓｅｕ．ｅｄｕ．ｅｌｌ　

与输出［Ｍ］．黄晓磊，等译．北京：清华大学出版　

社，２００９：１—９．　

［６］李华，孙伟，左晓宝．硫酸盐侵蚀下硬化水泥浆体中硫　

元素分布规律的微观测试研究［Ｊ］．混凝土，２０１２　

（２）：４—７．　

Ｌｉ　Ｈｕａ，Ｓｕｎ　Ｗｅｉ，Ｚｕｏ　Ｘｉａｏｂａｏ．Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｉｃ　ｔｅｓｔｉｎｇ　ｏｆ　

ｓｕｌｆｕｒ　ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ　ｉｎ　ｈａｒｄｅｎｅｄ　ｃｅｍｅｎｔ　ｐａｓｔｅ　ｓｕｂｊｅｃｔｅｄ　ｔｏ　

ｅｘｔｅｎｒａｌ　ｓｕｌｆａｔｅ　ａｔｔａｃｋ［Ｊ］．Ｃｏｎｃｒｅｔｅ，２０１２（２）：４—７．　

（ｉｎ　Ｃｈｉｎｅｓｅ）　

［７］Ｂｒｏｗｎ　Ｐ　Ｗ，Ｄｏｅｒｒ　Ａ．Ｃｈｅｍｉｃａｌ　ｃｈａｎｇｅｓ　ｉｎ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ　

ｄｕｅ　ｔｏ　ｉｎｇｒｅｓｓ　ｏｆ　ａｇｇｒｅｓｓｉｖｅ　ｓｐｅｃｉｅｓ【Ｊ］．Ｃｅｍｅｎｔ　ａｎｄ　

Ｃｏｎｃｒｅｔｅ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ，２０００，３０（３）：４１１—４１８．　

［８］ＮａＪｋ　Ｎ　Ｎ，Ｊｕｐｅ　Ａ　Ｃ，Ｓｔｏｃｋ　Ｓ　Ｒ，ｅｔ　ａ１．Ｓｕｌｆａｔｅ　ａｔｔａｃｋ　

ｍｏｎｉｔｏｒｅｄ　ｂｙ　ｍｉｃｒｏＣＴ　ａｎｄ　ＥＤＸＲＤ：ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ　ｏｆ　ｃｅｍｅｎｔ　

ｔｙｐｅ，ｗａｔｅｒ—ｔｏ—ｃｅｍｅｎｔ　ｒａｔｉｏ，ａｎｄ　ａｇｇｒｅｇａｔｅ［Ｊ］．Ｃｅｍｅｎｔ　

ａｎｄ　Ｃｏｎｃｒｅｔｅ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ，２００６，３６（１）：１４４—１５９．　

［９］Ｉｒａｓｓａｒ　Ｅ　Ｆ，Ｂｏｎａｖｅｔｔｉ　Ｖ　Ｌ，Ｇｏｎｚａｌｅｚ　Ｍ．Ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃ—　

ｔｕｒａｌ　ｓｔｕｄｙ　ｏｆ　ｓｕｌｆａｔｅ　ａｔｔａｃｋ　ｏｆｆ　ｏｒｄｉｎａｒｙ　ａｎｄ　ｌｉｍｅｓｔｏｎｅ　

Ｐｏｒｔｌｎａｄ　ｃｅｍｅｎｔｓ　ａｔ　ａｍｂｉｅｎｔ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ［Ｊ］．Ｃｅｍｅｎｔ　

ａｎｄ　Ｃｏｎｃｒｅｔｅ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ，２００３，３３（１）：３１—４１．　

［１０］Ｓｈａｈ　Ｓ　Ｐ．Ｈｉｇｈ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ：ｐａｓｔ，ｐｒｅｓｅｎｔ　

ａｎｄ　ｆｕｔｒｕｅ［Ｍ］／／Ｈｉｇｈ　Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　Ｃｏｎｃｒｅｔｅ－Ｗｏｒｋ—　

Ａｂｉｌｉｔｙ，Ｓｔｒｅｎｇｔｈ　ａｎｄ　Ｄｕｒａｂｉｌｉｙｔ．Ｈｏｎｇ　Ｋｏｎｇ，Ｃｈｉｎａ：　

Ｈｏｎｇ　Ｋｏｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，　

２０００：３—２９．　

［１１］Ｄｅｌａｇｒａｖｅ　Ａ，Ｂｉｇａｓ　Ｊ　Ｐ，Ｏｌｉｖｉｅｒ　Ｊ　Ｐ，ｅｔ　ａ１．Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ　

ｏｆ　ｔｈｅ　ｉｎｔｅｒｆａｃｉａｌ　ｚｏｎｅ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｃｈｌｏｒｉｄｅ　ｄｉｆｆｕｓｉｖｉｔｙ　ｏｆ　

ｍｏｒｔａｒｓ［Ｊ］．Ａｄｖａｎｃｅｄ　Ｃｅｍｅｎｔ　Ｂａｓｅｄ　Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，　

１９９７，５（３／４）：８６—９２．　

［１２］Ｚｕｏ　Ｘｉａｏｂａｏ．Ｍｏｄｅｌｉｎｇ　ｉｏｎ　ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ—ｒｅａｃｔｉｏｎ　ｂｅｈａｖｉｏｒ　

ｉｎ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ　ａｓｓｏｃｉａｔｅｄ　ｗｉｈｔ　ｄｕｒａｂｉｌｉｔｙ　ｄｅｔｅｒｉｏｒａｔｉｏｎ　ｓｕｂ—　

ｊｅｃｔｅｄ　ｔｏ　ｃｏｕｐｌｉｎｇｓ　ｏｆ　ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｌａ　ａｎｄ　ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　

ｌｏａｄｉｎｇｓ［Ｒ］．Ｎａｎｊｉｎｇ：Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｍａｔｅｒｉｌａｓ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　

ａｎｄ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｓｏｕｔｈｅａｓｔ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，２０１　１．　

［１３］Ｓｈａｎｅ　Ｊ　Ｄ，Ｍａｓｏｎ　Ｔ　Ｏ，Ｊｅｎｎｉｎｇａ　Ｈ　Ｍ，ｅｔ　ａ１．Ｅｆｆｅｃｔ　

ｏｆ　ｔｈｅ　ｉｎｔｅｒｆａｃｉａｌ　ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ　ｚｏｎｅ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ　ｏｆ　

Ｐｏｒｔｌａｎｄ　ｃｅｍｅｎｔ　ｍｏｒｔａｒｓ『Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ａｍｅｒｉｃａｎ　

Ｃｅｒａｍｉｃ　Ｓｏｃｉｅｔｙ，２０００，８３（５）：１１３７—１１４４．