基于硫酸鹽侵蝕與環(huán)境多因素耦合作用下的混凝土耐久性研究

吳曉春(武漢科技大學(xué)，湖北 武漢 430077)

基于硫酸鹽侵蝕與環(huán)境多因素耦合作用下的混凝土耐久性研究

吳曉春(武漢科技大學(xué)，湖北 武漢 430077)

本文主要探究硫酸鹽侵蝕與環(huán)境多因素耦合作用下的混凝土耐久性，通過(guò)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，研究混凝土在硫酸鹽侵蝕以及環(huán)境多因素耦合作用下的性質(zhì)變化，并且提出提升混凝土耐久性的策略。通過(guò)本文的研究發(fā)現(xiàn)，在應(yīng)用混凝土進(jìn)行建設(shè)的過(guò)程中，合理的設(shè)置水膠比，添加防腐外加劑，同時(shí)設(shè)置隔離層，可提高混凝土對(duì)硫酸鹽的抗腐蝕能力，進(jìn)而提升了混凝土的使用耐久性。

硫酸鹽侵蝕；耦合作用；混凝土；耐久性

混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性受到硫酸鹽侵蝕的影響，并且與環(huán)境多因素耦合作用具有明顯的關(guān)聯(lián)[1]。另外，在混凝土的耐久性影響因素中，PH值以及水膠比等因素均會(huì)對(duì)耐久性產(chǎn)生明顯的影響[2]，因此，本研究探究硫酸鹽侵蝕與環(huán)境多因素耦合作用下的混凝土耐久性，望為混凝土耐久性的提升帶來(lái)一定的借鑒。

1 實(shí)驗(yàn)材料及方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

本次研究中選擇實(shí)驗(yàn)材料對(duì)混凝土的硫酸鹽腐蝕情況進(jìn)行分析，其實(shí)驗(yàn)材料如下：

（1）P·I42.5級(jí)水泥

（2）SRPC42.5高抗硫酸鹽硅酸鹽水泥

（3）Ⅱ級(jí)粉煤灰

（4）河砂

（5）自來(lái)水

（6）減水劑（江蘇博特新材料有限公司生產(chǎn)）

（7）混凝土高效防腐劑

1.2 試件制備以及試驗(yàn)

在工程施工中，混凝土的結(jié)構(gòu)會(huì)受到硫酸鹽耦合的侵蝕作用，其主要是由于混凝土中的膠凝體系發(fā)生破壞，在本次實(shí)驗(yàn)中，對(duì)混凝土的膠砂進(jìn)行分析。采用聚羧酸減水劑調(diào)整工作，保證其流動(dòng)度在200mm，成型在40×40×160mm的試件，養(yǎng)護(hù)28d。同時(shí)本次實(shí)驗(yàn)采用干濕交變制度來(lái)加速實(shí)驗(yàn)，將膠砂試件放入侵蝕溶液中，溶液的PH值為1.0，硫酸離子的濃度為20000mg/L，在浸泡16h后晾干，在60℃的烘箱中進(jìn)行烘干處理，持續(xù)6h，在取出后，冷卻1h，測(cè)試材料在不同循環(huán)次數(shù)下的性能變化。

1.3 膠砂耐腐蝕實(shí)驗(yàn)

膠砂試件的測(cè)試時(shí)間為28d，初始的質(zhì)量為M0,在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，制定循環(huán)次數(shù)，計(jì)算材料的腐蝕率。如公式1所示。

W=(M0-Mi)/M0×100%公式1

在公式1中，W為材料的腐蝕率，M0為材料的初始質(zhì)量，Mi為循環(huán)后的材料質(zhì)量。在水泥膠砂材料測(cè)試28d后，其抗壓強(qiáng)度為C0，對(duì)其進(jìn)行腐蝕實(shí)驗(yàn)測(cè)試，在規(guī)定循環(huán)次數(shù)的情況下，其抗壓強(qiáng)度設(shè)定為Ci，通過(guò)公式2，可以對(duì)其強(qiáng)度損失率進(jìn)行計(jì)算。

L=(C0-Ci)/C0×100%公式2

在公式2中，L為膠砂材料的強(qiáng)度損失率，C0為膠砂材料的初始抗壓強(qiáng)度，Ci為循環(huán)后膠砂試件的抗壓強(qiáng)度。通過(guò)公式1和公式2的計(jì)算，可以確定膠砂的耐腐蝕情況。

2 結(jié)果與分析

2.1 水膠比對(duì)耐腐蝕性的影響分析

通過(guò)表2可見(jiàn)，膠砂材料在干濕環(huán)境下，質(zhì)量會(huì)出現(xiàn)先增高后降低的變化，其剝蝕率表現(xiàn)為先負(fù)值后正值，隨著循環(huán)次數(shù)的不斷增加，材料的質(zhì)量會(huì)之間損失，表現(xiàn)為剝落。水膠比降低，會(huì)在一定程度上提升材料的密實(shí)度，外界水分難以侵蝕材料，從而會(huì)降低材料的剝蝕率。當(dāng)水膠比控制在0.3以下時(shí)，可以將材料的強(qiáng)度損失率控制在10%以下。

表2 水膠比對(duì)耐腐蝕性的影響分析表（%）

C-0．5 C-0．3剝蝕率強(qiáng)度損失率剝蝕率強(qiáng)度損失率0 0 0 0-0．5-10-0．6-8-0．5-12-0．6-10 1 8 1．4 6 3．2 12 3．0 9

2.2 不同水泥種類對(duì)耐腐蝕性的影響

不同的水泥品種對(duì)膠砂的耐腐蝕性影響如表2所示，值得注意的是，抗硫酸鹽硅酸鹽水泥具有C3A，與硅酸鹽水泥相比，其強(qiáng)度損失率會(huì)呈現(xiàn)降低的趨勢(shì)，并且會(huì)逐漸提升抗硫酸鹽的腐蝕性。

2.3 礦物摻合料對(duì)耐腐蝕性的影響

在粉煤灰摻入后，會(huì)降低體系中的C/S ，研究表明，在酸性的環(huán)境中，C/S凝膠穩(wěn)定性相對(duì)較好，可以在一定程度上提升材料的耐腐蝕性，同時(shí)在硫酸鹽的耦合侵蝕作用下，硫酸離子會(huì)在一定程度上激活粉煤灰的活性；并且在潮濕的環(huán)境下，材料的強(qiáng)度會(huì)呈現(xiàn)不斷增長(zhǎng)的趨勢(shì)，但是在持續(xù)的摻入下，會(huì)增大材料的孔隙率，外界有害物質(zhì)會(huì)滲入材料的內(nèi)部，在干濕交變作用下，導(dǎo)致內(nèi)部生成結(jié)晶產(chǎn)物，造成表層的剝落。

2.4 PH值對(duì)抗腐蝕能力的影響

由于混凝土中的PH值降低時(shí)，可以導(dǎo)致材料中部分水化產(chǎn)物分解，在PH值為12-12.5時(shí)，氫氧化鈣以及水化鋁酸鈣可能出現(xiàn)溶解，并且析出鈣礬石晶粒，當(dāng)PH值為10.6-11.6時(shí)，會(huì)析出石膏晶粒；當(dāng)PH值小于10.6時(shí)，會(huì)析出鈣礬石，導(dǎo)致混凝土的黏結(jié)能力降低，從而降低對(duì)硫酸鹽的抵抗能力。

3 混凝土抗腐蝕能力提升建議

3.1 合理控制水膠比

在水膠比的控制中，隨著水膠比的降低，會(huì)在一定程度上提升混凝土的密實(shí)度，提升抵抗腐蝕的能力，將水膠比控制在0.3左右，可保證混凝土的剝落率控制在10%以內(nèi)。

3.2 合理選擇水泥品種

盡量選擇剝蝕率以及強(qiáng)度損失損失率低的水泥，其可以抑制石膏以及水化物的產(chǎn)生，從而可以有效的提升混凝土的抗腐蝕能力。

3.3 選擇C3 A含量適中的水泥

選擇C3A含量相對(duì)較低，并且標(biāo)號(hào)相對(duì)較高的水泥。如果C3A的含量過(guò)低，會(huì)導(dǎo)致水泥的早期強(qiáng)度受到影響，需要盡量選擇C3A含量相對(duì)較低的水泥，但是要保證其合理的范圍。

3.4 摻加礦物摻合料

硫酸離子濃度較高的情況下，石膏以及鈣礬石的析出速度同樣會(huì)明顯降低，從而可以有效的提升混凝土對(duì)硫酸鹽的抗腐蝕能力。

3.5 鋪設(shè)保護(hù)層

通過(guò)保護(hù)層，可以將混凝土與環(huán)境隔離，繼而可以降低硫酸離子的濃度，同時(shí)可以降低硫酸離子與其他物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，進(jìn)而可以有效的提升混凝土的抗腐蝕能力。

4 結(jié)語(yǔ)

在本次研究中，主要探究基于硫酸鹽侵蝕與環(huán)境多因素耦合作用下的混凝土耐久性。在提升混凝土耐久性的研究中，需要對(duì)其水膠比、水泥類型、防腐蝕外加劑以及PH等因素進(jìn)行綜合考慮。

[1]滿都拉，銀花，曹美琪.鹽漬土環(huán)境下混凝土耐久性研究進(jìn)展[J].硅酸鹽通報(bào)，2016，(11):3575-3580.

吳曉春(1973-)，女，武漢科技大學(xué)城市建設(shè)學(xué)院，副教授，碩士，主要從事混凝土結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計(jì)的教學(xué)與科學(xué)研究工作。