大气污染、工业生产、微生物分解等过程均会给混凝土结构带来硫酸侵蚀,混凝土等水泥基材料在硫酸作用下的侵蚀程度和速度主要受硫酸pH值和作用方式的影响,因此研究水泥基材料在不同pH值、不同作用方式下的硫酸溶蚀特征具有重要意义。本文通过长期浸泡试验对水泥胶砂在硫酸作用下的溶蚀过程进行研究,从硫酸侵蚀水泥基材料的两阶段过程出发,开展了两个批次水泥胶砂试件在硫酸溶液中的长期浸泡试验研究,获得水泥胶砂在不同pH值、不同作用方式下的硫酸溶蚀特征,并在试验分析的基础上进行了数值模拟计算,验证数值模型的可靠性,具体研究内容如下:第一批次为不同水胶比水泥胶砂在pH=4.0的硫酸作用下的试验研究,试验以简单浸泡及更换浸泡液并清洗试件表面作为两种控制条件。试验获得了水泥胶砂试件耗酸量随浸泡时间变化曲线及SEM、XRD测试所得试件表层形貌和矿物组成。结果表明:所有水泥胶砂试件在浸泡过程中均未出现硫酸钙析出现象,腐蚀控制机制为氢离子溶蚀;浸泡结束后,试件表层形成了以SiO₂为主的水泥石经腐蚀后的残留矿物;是否清除试件表层残留物对腐蚀速度有重要影响,表面清洗条件下的试件耗酸量比表面不清洗条件下试件耗酸量高16%～25%左右。为研究硫酸pH值和试验控制条件的影响,开展了第二批次试验,不同水胶比水泥胶砂在不同pH值硫酸作用下的试验研究,按是否清洗试件表面、是否更换浸泡液设定了三种不同的试验控制条件。试验得到了水泥胶砂耗酸量随浸泡时间的变化规律,并通过SEM、XRD、EDS测试了侵蚀后试件表层矿物成分、形貌。结果表明:水泥胶砂在硫酸作用的溶蚀过程存在硫酸钙析出前、硫酸钙饱和析出后两个阶段,第一阶段表现为明显的氢离子溶蚀特征,试件表层主要为水泥石经不同程度溶蚀后的剩余物,溶蚀较充分时,主要为Si O2。该阶段浸泡液pH值每降低1.0,硫酸消耗量能提高至6.5～7.5倍左右,具有大致稳定的相似尺度;第二阶段为硫酸钙达到饱和浓度析出之后,试件表层主要为硫酸钙,硫酸钙对侵蚀过程产生“阻滞”作用延缓侵蚀速度,此时试件累计硫酸消耗量的提高与浸泡液pH值的降低之间不存在大致稳定的比例关系。在试验分析的基础上进一步做了数值模拟计算,基于钙溶蚀偏微分方程,构造了一种无条件稳定的隐式差分法进行数值求解,引入了浓度剖面修正方法模拟试验中的清洗过程,分别模拟了水泥胶砂试件的溶蚀过程,得到试件模拟耗酸量随时间变化规律以及固相钙离子浓度的分布,对比分析试件耗酸量模拟值与试验实测值随时间的变化情况,验证了该钙溶蚀模型的可靠性。