清水混凝土耐腐蝕性能及微觀試驗(yàn)分析

戴 倩

(重慶育才工程咨詢監(jiān)理有限公司 重慶 400074)

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清水混凝土耐腐蝕性能及微觀試驗(yàn)分析

戴 倩

(重慶育才工程咨詢監(jiān)理有限公司 重慶 400074)

高性能清水混凝土具有優(yōu)良的綜合技術(shù)特性。但混凝土結(jié)構(gòu)物長(zhǎng)期暴露于空氣之中，易受到環(huán)境中各種有害物質(zhì)的侵蝕，導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)表面風(fēng)化，保護(hù)層碳化、污染，影響混凝土的飾面功能，降低結(jié)構(gòu)的耐久性。本文分析清水混凝土的耐腐蝕性能，基于SEM分析高性能混凝土的微觀性能特征。

清水混凝土；耐腐蝕；微觀；分析

前言

在我國(guó)，高性能清水混凝土已廣泛應(yīng)用在公路工程建設(shè)中，它是目前高性能混凝土發(fā)展方向之一。其耐腐蝕性能的好壞主要取決于硬化后混凝土的體積穩(wěn)定性、化學(xué)結(jié)構(gòu)、空隙率以及材料本身抵抗化學(xué)侵蝕的能力，是多種因素綜合作用的結(jié)果。

一、清水混凝土的耐腐蝕性能

硬化后的水泥主要是水化硅酸鹽類堿性物質(zhì)，由于表面和內(nèi)部都有微小通道和孔洞，在酸性物質(zhì)、水等的侵蝕下，發(fā)生物理或化學(xué)作用，導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)的膨脹、松散、開裂，最終引起劣化。

(一)抗碳化性能

空氣中的二氧化碳或其它酸性物質(zhì)滲透到混凝土毛細(xì)孔的Ca(OH)2溶液中，同Ca(OH)2或硅酸鹽水化物、硫酸鹽水化物發(fā)生反應(yīng)，使PH值降低的現(xiàn)象，即混凝土碳化或中性化。影響混凝土碳化因素很多，主要因素是混凝土的密實(shí)度，即抗?jié)B性能，它影響著CO2在混凝土內(nèi)的擴(kuò)散速度[1]。

(二)抗風(fēng)化性能

由于混凝土表面裸露于空氣中，水泥石析出的Ca(OH)2與空氣中CO2,SO2,H2S溶于水而生成的酸性物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，生成CaSO4.2H2O或CaSO4.3H2O等導(dǎo)致吸水膨脹而產(chǎn)生破壞作用。這些酸性物質(zhì)同CaCO3反應(yīng)生成溶于水的Ca(HCO3)2,Ca(HCO3)2隨水流失，對(duì)混凝土的表面造成風(fēng)化，影響混凝上的表面質(zhì)量，對(duì)混凝土的耐久性也產(chǎn)生負(fù)面影響。

(三)抗鹽析性能

混凝土孔隙中的水含有各種可溶的礦物，如硫酸鹽、氯鹽等，憑借毛細(xì)作用向著混凝土的外露表面集中后蒸發(fā)、結(jié)晶析出“白霜”涂布在混凝土表面。析出的白色晶體因鹽、堿溶液滲透、流動(dòng)的不確定性而不均勻分布于混凝土的表面，形成花斑和條紋。提高混凝土的密實(shí)度，從而提高混凝土表面抗?jié)B性能是抑制“泛白”現(xiàn)象發(fā)生的有效途徑。

(四)抗污染性能

水泥石析出Ca(OH)2同含硫雜質(zhì)化合生成CaSO4，CaSO4吸附塵污，當(dāng)墻面上有水流動(dòng)時(shí)，這些塵污溶于水而隨水一起流動(dòng)到其它部位，并在墻面水分少的部位失水而附著于墻面造成不均勻污染，影響混凝土的表面質(zhì)量。

(五)干濕交替破壞

水泥漿與許多吸濕性材料一樣，當(dāng)從濕度較小的狀態(tài)轉(zhuǎn)入濕度較大的狀態(tài)時(shí)，體積就會(huì)有所增長(zhǎng)。因此混凝土在日曬雨淋的條件下表面層內(nèi)都將發(fā)生一定濕度差，并由此而引起微小的裂縫。長(zhǎng)年累月，這種裂縫有可能發(fā)展成為一種腐蝕形態(tài)。

小結(jié)：混凝土的表面抗碳化、抗風(fēng)化、抗污染和抵御干濕循環(huán)破壞性能的主要措施是在混凝土表面涂刷一層透明或半透明的、具有強(qiáng)耐候性、高防水性、低吸附性的涂層，把混凝土同空氣隔離開來(lái)，如同在混凝土與空氣間建立了一道天然屏障，從而可以大大提高混凝土的抗?jié)B性能、抗開裂的能力以及抗風(fēng)化性能，并有效控制對(duì)混凝土表面的污染。另外，改善混凝土的孔隙率和提高密實(shí)度也是提高混凝土的耐腐蝕性能的有效途徑。

二、混凝土水化及微觀試驗(yàn)分析

為了系統(tǒng)研究清水混凝土的結(jié)構(gòu)形成機(jī)理以及性能差異機(jī)理，采用了SEM的理化分析手段，對(duì)不同配合比的清水混凝土的水泥漿體的水化特性、微觀結(jié)構(gòu)、孔隙率、密實(shí)效果進(jìn)行討論和分析。

(一)試樣制備

試驗(yàn)選取P1、P2、P3、P4共四組不同配合比的清水混凝土進(jìn)行試樣準(zhǔn)備，測(cè)試了28天齡期的掃描電鏡。

以混凝土配合比中的水泥漿體的配合比例制成水泥凈漿試件，到規(guī)定齡期時(shí)對(duì)其進(jìn)行破碎，取其中部分碎片，并放入無(wú)水乙醇中浸泡8小時(shí)以上以阻止進(jìn)一步水化，然后取出、編號(hào)放入60℃溫度下的烘箱中烘干12小時(shí)以上，待完全干燥后再進(jìn)行掃描電鏡試驗(yàn)。

(二)SEM圖片分析

試驗(yàn)測(cè)試了四組不同配合比試樣在28天齡期時(shí)的SEM圖片每個(gè)齡期均展示了兩張不同放大倍數(shù)的圖片。從第一組圖片可以看出，P1水泥漿體中存在較多針狀纖維狀的水化硅酸鈣(CSH)凝膠物和針棒狀的鈣礬石晶體(AFt)，有結(jié)晶完整、尺寸較大的氫氧化鈣(CH)六角狀晶體，同時(shí)出現(xiàn)規(guī)則與不規(guī)則狀的CH晶體，凝膠孔結(jié)構(gòu)比較密實(shí)。從第二組圖片中可以看出，對(duì)于摻15%粉煤灰的P2混凝土，粉煤灰顆粒表面已經(jīng)生成了較多的水化產(chǎn)物Ca(OH)2粉煤灰與水泥凝膠體之間的界面趨于密實(shí)，CSH凝膠增多，但仍可見部分沒(méi)有完全水化的粉煤灰顆粒。摻15%的粉煤灰代替水泥的P2混凝土與P1混凝土相比，相同齡期下粉煤灰顆粒表面發(fā)生大量的水化反應(yīng)，將使水泥石結(jié)構(gòu)更加密實(shí)。球形粉煤灰顆粒在水泥石中作為微細(xì)填料填充水泥凝膠體的微孔中，減少CH晶體的數(shù)量，以提高水泥石的體積穩(wěn)定性和密實(shí)性。從第三組圖片中可以清晰的看到，漿體中CSH凝膠明顯增多，微結(jié)構(gòu)致密。這說(shuō)明磨細(xì)礦渣就在水化早期就大量吸收Ca(OH)2，并使其不能析出晶體，漿體結(jié)構(gòu)更加致密，這主要是由于生成的大量凝膠產(chǎn)生相互疊加黏結(jié)而成。從第四組圖片中看到，摻20%礦渣粉的P4水泥漿體中出現(xiàn)大量的CSH凝膠，漿體結(jié)構(gòu)也較為密實(shí)。與同齡期的P3混凝土相比，水泥漿體的水化形貌基本相同，但P4的凝膠發(fā)展的程度明顯較快些。

三、結(jié)論

摻粉煤灰、磨細(xì)礦渣粉的清水混凝土具有較高耐腐蝕性，主要原因在于：

(一)水泥石中凝膠相的增多

用純水泥所配制混凝土的水泥石中，水泥顆粒水化程度有限，而采用磨細(xì)礦渣粉等復(fù)合膠凝材料體系所配制混凝土的水泥石中，由于礦渣粉和硅灰中大量活性組分參與二次火山灰反應(yīng)，生成大量C-S-H凝膠，填充到水泥石毛細(xì)孔隙內(nèi)，增加了水泥石的密實(shí)度。

(二)C-S-H凝膠體的形貌發(fā)生了較大的轉(zhuǎn)變

水泥石中C-S-H凝膠體一般有四種形態(tài)：纖維狀粒子(Ⅰ型C-S-H凝膠)、網(wǎng)絡(luò)狀粒子(Ⅱ型C-S-H凝膠)、等大粒子或扁平顆粒(Ⅲ型C-S-H凝膠)、內(nèi)部水化產(chǎn)物(Ⅳ型C-S-H凝膠)[3]。由于高活性的礦物摻合料的火山灰效應(yīng)以及磨細(xì)礦渣粉與大量CH作用，降低了水泥石液相中的堿度，促使所形成的C-S-H凝膠以Ⅰ型(針狀)為主。在復(fù)合膠凝體系的硬化漿體中，針狀膠體穿插在網(wǎng)絡(luò)狀凝膠體中，對(duì)整個(gè)漿體體系起到了“微纖維配筋”作用，這將對(duì)改善硬化體的韌性具有非常有益的影響。

(三)水泥石中CH結(jié)晶體數(shù)量的大幅度減少

CH片狀晶體的強(qiáng)度非常低，在承受較低拉應(yīng)力時(shí)就會(huì)破損產(chǎn)生微裂紋。大幅度降低水泥石中CH片狀晶體的數(shù)量對(duì)提高混凝土抗折、抗拉強(qiáng)度有利，有助于改善混凝土的韌性。

[1]姚燕等.高性能混凝土[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2015.

[2]申愛(ài)琴.水泥與水泥混凝土[J].北京:人民交通出版社,2014.

戴倩(1974-)，女，漢族，重慶人，重慶育才工程咨詢監(jiān)理有限公司，工程師，專業(yè)方向：工程管理。