抗硫酸鹽侵蝕防腐劑對(duì)混凝土性能影響

李　響,杭美艷,郝小龍,王樹奇

(1.內(nèi)蒙古科技大學(xué),包頭　014010；2.包頭市安順新型建材有限公司,包頭　014010)

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抗硫酸鹽侵蝕防腐劑對(duì)混凝土性能影響

李響1,杭美艷1,郝小龍2,王樹奇2

(1.內(nèi)蒙古科技大學(xué),包頭014010；2.包頭市安順新型建材有限公司,包頭014010)

在相同配合比條件下，選用三種不同性能的水泥配制混凝土，研究不同種類膠凝材料對(duì)混凝土的工作性能、力學(xué)性能以及抗侵蝕性能的影響。通過SEM掃描電鏡觀察混凝土3 d、7 d、28 d的漿體—骨料界面過渡區(qū)的微觀結(jié)構(gòu)以及水化產(chǎn)物形貌。試驗(yàn)結(jié)果表明：摻入10%SSP防腐劑后，混凝土的工作性能、力學(xué)性能均優(yōu)于基準(zhǔn)和抗硫酸鹽水泥混凝土。水泥水化后期，漿體—骨料界面過渡區(qū)很難區(qū)分，水化產(chǎn)物增多。SSP防腐劑可以促進(jìn)水泥的水化程度，生成較多的鈣礬石和C-S-H凝膠，使結(jié)構(gòu)更致密，提高混凝土的抗侵蝕性能。

防腐劑； 抗侵蝕性能； 界面過渡區(qū)； 水化產(chǎn)物

1　引　言

2　試　驗(yàn)

2.1試驗(yàn)原材料試驗(yàn)設(shè)備

圖1　高分子結(jié)構(gòu)保水效應(yīng)示意圖Fig.1　Water retention effect of polymer structure

水泥：PO42.5普通硅酸鹽水泥，細(xì)度(45 μm方孔篩)為4.5%，標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量為26.6%，28 d抗壓強(qiáng)度為52.1 MPa；抗硫酸鹽硅酸鹽水泥，細(xì)度(45 μm方孔篩)為4.1%，標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量為25.8%，28 d抗壓強(qiáng)度為53.4 MPa。水泥化學(xué)成分見表1所示；

水：自來水，符合JGJ63-2006要求；

砂：河砂，細(xì)度模數(shù)為2.3，含泥量2.2%；

石子：粒徑在5～25 mm內(nèi)連續(xù)級(jí)配碎石；

減水劑：包頭鋼鹿公司生產(chǎn)的GL-JB4萘系高效減水劑，包含引氣組分、減水組分等；

防腐劑：包頭鋼鹿公司生產(chǎn)的GL-SSP抗硫酸鹽侵蝕防腐劑，包含密實(shí)組分、高分子組分、減水組分等。其技術(shù)性能指標(biāo)見表2所示，高分子保水效應(yīng)見圖1所示。

表1　水泥化學(xué)成分

表2　SSP防腐劑技術(shù)性能指標(biāo)

2.2試驗(yàn)設(shè)備

壓力機(jī)：YE-150液壓式壓力試驗(yàn)機(jī)；

侵蝕試驗(yàn)機(jī)：CABR-LSB/Ⅱ型全自動(dòng)砼硫酸鹽試驗(yàn)機(jī)；

掃描電鏡：日本產(chǎn)S-3400N掃描電子顯微鏡。

2.3試驗(yàn)方法

混凝土配合比設(shè)計(jì)參照J(rèn)GJ55-2011《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》，試驗(yàn)用混凝土配合比見表3；

混凝土強(qiáng)度試驗(yàn)參照GB/T 50081-2002《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》中有關(guān)規(guī)定進(jìn)行；

混凝土抗硫酸鹽侵蝕試驗(yàn)參照GB/T50082-2009《普通混凝土長(zhǎng)期性能和耐久性能試驗(yàn)方法》中的“抗硫酸鹽侵蝕試驗(yàn)”有關(guān)規(guī)定進(jìn)行。

表3　試驗(yàn)用混凝土配合比

3　結(jié)果與討論

3.1防腐劑對(duì)混凝土工作、力學(xué)性能的影響

根據(jù)表3 配合比，配制混凝土，測(cè)定混凝土出機(jī)及30 min后坍落度、擴(kuò)展度、含氣量，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)至3 d、7 d、28 d及56 d的抗壓強(qiáng)度值，試驗(yàn)結(jié)果見表4所示。

表4　防腐劑對(duì)混凝土工作、力學(xué)性能的影響

由表3、表4可知，摻入10%SSP防腐劑后，混凝土的各項(xiàng)工作性能、力學(xué)性能均得到改善。當(dāng)混凝土達(dá)到相同初始坍落度時(shí)，摻SSP防腐劑混凝土的減水劑摻量為1.0%，小于基準(zhǔn)和抗硫酸鹽水泥混凝土的減水劑摻量。摻SSP防腐劑混凝土30 min的坍落度、擴(kuò)展度損失均小于基準(zhǔn)和抗硫酸鹽水泥混凝土，說明SSP防腐劑具有一定的保塑性能。摻SSP的混凝土初始含氣量為3.0%，均高于基準(zhǔn)和抗硫水泥混凝土的含氣量，且含氣量經(jīng)時(shí)損失最小。基準(zhǔn)混凝土與抗硫酸鹽水泥混凝土的各齡期強(qiáng)度值相差較小，摻SSP防腐劑各個(gè)齡期的混凝土強(qiáng)度均高于另外兩組。

SSP防腐劑中的減水組分使混凝土在減水劑摻量較低時(shí)，能夠保證與基準(zhǔn)混凝土具有相同的坍落度，故其摻量較基準(zhǔn)和抗硫酸鹽水泥混凝土低。摻入SSP防腐劑，其密實(shí)組分使硬化后的混凝土整體結(jié)構(gòu)更加致密，高分子組分具有一定的保水效應(yīng)，對(duì)混凝土起到內(nèi)養(yǎng)護(hù)的作用，有利于強(qiáng)度的發(fā)展，故使摻SSP防腐劑混凝土的各齡期強(qiáng)度均高于基準(zhǔn)和抗硫酸鹽水泥混凝土。

3.2防腐劑對(duì)混凝土抗硫酸鹽侵蝕性能的影響

針對(duì)內(nèi)蒙古地區(qū)特殊的土質(zhì)條件、氣候條件，為了模擬更加嚴(yán)酷的工程氣候條件，更好的驗(yàn)證SSP防腐劑的抗硫酸鹽侵蝕性能，試驗(yàn)選用10%Na2SO4+5%MgSO4的硫酸鹽溶液進(jìn)行混凝土抗硫酸鹽侵蝕干濕循環(huán)試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表5所示。

表5　防腐劑對(duì)混凝土抗硫酸鹽侵蝕性能影響

注：同齡期標(biāo)養(yǎng)為受硫酸鹽腐蝕試件同齡期的標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)的一組對(duì)比混凝土試件的抗壓強(qiáng)度測(cè)定值。

3.3微觀結(jié)構(gòu)分析

參照試驗(yàn)用混凝土配合比，將石子破碎后篩選出粒徑在2.36～4.75 mm之間的碎石，采用水膠比為0.45，漿骨比為0.45，制作細(xì)石混凝土，養(yǎng)護(hù)至3 d、7 d、28 d齡期時(shí)，用SEM掃描電鏡觀察水泥各齡期的水化產(chǎn)物以及漿體—骨料界面。試驗(yàn)結(jié)果見圖2～4所示。

圖2　漿體-骨料界面過渡區(qū)(3 d)(a) J (×2000);(b)KS (×3000);(c) SSP (×3000)Fig.2　Interface transition zone between cement paste and aggregates (3 d)

圖3　漿體-骨料界面過渡區(qū)(7 d)(a) J (×3000);(b)KS (×3000);(c) SSP (×3000)Fig.3　Interface transition zone between cement paste and aggregates (7 d)

圖4　漿體-骨料界面過渡區(qū)(28 d)(a)J(×5000);(b)KS (×5000);(c) SSP (×5000)Fig.4　Interface transition zone between cement paste and aggregates (28 d)

由圖2～4可以清晰的看出，隨著養(yǎng)護(hù)齡期的增長(zhǎng)，漿體—骨料界面過渡區(qū)的水泥水化產(chǎn)物數(shù)量增多，過渡區(qū)附近變得更加致密，界面過渡區(qū)很難區(qū)分。同齡期膠凝材料種類不同，水化程度不同。在3 d齡期時(shí)，基準(zhǔn)混凝土水化程度較低，摻SSP防腐劑混凝土水化程度較高。從圖2(水泥水化早期)的三張圖可以看見纖維狀、球狀無定形水化硅酸鈣(C-S-H)、針狀棱柱形的鈣礬石晶體、等棱柱狀Ca(OH)2晶體等水泥水化產(chǎn)物，摻SSP防腐劑混凝土的水化產(chǎn)物較多。這些水化產(chǎn)物大多分散于漿體—骨料界面過渡區(qū)之外，漿體—骨料界面過渡區(qū)內(nèi)存在較少。骨料與水泥漿體的界面粘結(jié)性能較差。

隨著水泥的進(jìn)一步水化，漿體—骨料界面過渡區(qū)水化產(chǎn)物數(shù)量變多[7,8]，過渡區(qū)附近變得更加致密。從圖3(水泥水化中期)可以看出水泥漿體變得平整密實(shí)。在3 000倍的放大倍數(shù)下，可以觀察到各種形狀的大塊C-S-H凝膠、聚集成簇的棒針狀鈣礬石晶體、片狀單硫型水化硫鋁酸鈣，且C-S-H凝膠數(shù)量較多。骨料與水泥漿體的界面粘結(jié)性能較好。

當(dāng)水泥水化到28 d(水泥水化后期)齡期時(shí)，漿體—骨料界面過渡區(qū)變得更加密實(shí)，水化產(chǎn)物進(jìn)一步增多，過渡區(qū)已很難區(qū)分。在5 000倍的放大倍數(shù)下，發(fā)現(xiàn)塊狀C-S-H凝膠搭接生長(zhǎng)，塊與塊之間十分密實(shí)，以及薄六方片狀單硫型水化硫鋁酸鈣AFm相。混凝土更加密實(shí)，強(qiáng)度提高，抗侵蝕性能提高。

綜上所述，SSP防腐劑的摻入可有效促進(jìn)水泥水化，消耗多余的Ca(OH)2晶體，生成較多針狀棱柱形的鈣礬石和不規(guī)則C-S-H凝膠，使得結(jié)構(gòu)更加致密，提高了混凝土的抗硫酸鹽侵蝕性能。

4　結(jié)　論

(1)混凝土摻入10%SSP防腐劑后的各項(xiàng)工作性能均得到改善，30 min時(shí)的坍損、含氣量損失均較小，工作性能優(yōu)于基準(zhǔn)和抗硫酸鹽水泥混凝土，且各齡期強(qiáng)度均高于基準(zhǔn)和抗硫酸鹽水泥混凝土;

(2)摻SSP防腐劑的混凝土具有優(yōu)越的抗硫酸鹽侵蝕性能，在高濃度硫酸鹽侵蝕溶液中經(jīng)過90次干濕冷熱循環(huán)后，抗壓強(qiáng)度耐蝕系數(shù)仍可達(dá)到91.1%，遠(yuǎn)高于基準(zhǔn)混凝土的54.9%、抗硫酸鹽水泥混凝土的77.2%;

(3)膠凝材料種類不同，水化產(chǎn)物不同。早期水化程度較低，水化產(chǎn)物相對(duì)較少，在高放大倍數(shù)下可明顯觀察到漿體-骨料界面過渡區(qū)的形貌以及水化產(chǎn)物；水泥水化后期，水化產(chǎn)物增多，漿體-骨料界面過渡區(qū)很難區(qū)分;

(4)C-S-H凝膠始終存在于水泥水化過程中，水化程度不同，C-S-H凝膠的含量也不同。摻入SSP防腐劑可以促進(jìn)水泥的水化程度，消耗多余的Ca(OH)2晶體，生成較多的針狀棱柱形鈣礬石和不規(guī)則C-S-H凝膠，使結(jié)構(gòu)更致密，提高混凝土的抗硫酸鹽侵蝕性能。

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Influence to Concrete Performance of Sulfate Resistance of Preservative

LIXiang1，HANGMei-yan1，HAOXiao-long2，WANGShu-qi2

(1.Inner Mongolia University of Science & Technology，Baotou 014010,China;2.Anshun Building Materials Limited Liability Company of Baotou，Baotou 014010,China)

In the proportion condition, the three different properties of cement are used to study the influence of working performance, mechanical properties and corrosion resistance of concrete on different types of cementitious materials. By SEM scanning electron microscopic, it can be observed that the microstructure and morphology of hydration of 3 d, 7 d, 28 d interface transition zone between cement paste and aggregate. The result of experiment refers that working performance and mechanical properties of concrete are prior to sulfate resistant cement, after mixed with 10%SSP preservative. In the later period of cement hydration, because of hydration product increase, it is hard to distinguish interface transition zone between cement paste and aggregate. SSP preservative can promote the degree of hydration of cement, and will generate a lot of ettringite and C-S-H gels, which makes the structure more compact and improve corrosion resistance of concrete.

preservative;corrosion resistance;interface transition zone;hydration product

內(nèi)蒙古自治區(qū)研究生教育創(chuàng)新計(jì)劃資助項(xiàng)目(S20151012701).

李響(1991-)，男，碩士研究生.主要從事混凝土耐久性方面的研究

杭美艷， 教授級(jí)高工， 碩導(dǎo)．

TU526

A

1001-1625(2016)06-1907-05