基于硫酸鹽侵蝕與環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，湖北 武漢 430077)

基于硫酸鹽侵蝕與環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，湖北 武漢 430077)

本文主要探究硫酸鹽侵蝕與環境多因素耦合作用下的混凝土耐久性，通過實驗設計，研究混凝土在硫酸鹽侵蝕以及環境多因素耦合作用下的性質變化，并且提出提升混凝土耐久性的策略。通過本文的研究發現，在應用混凝土進行建設的過程中，合理的設置水膠比，添加防腐外加劑，同時設置隔離層，可提高混凝土對硫酸鹽的抗腐蝕能力，進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

混凝土結構的耐久性受到硫酸鹽侵蝕的影響，并且與環境多因素耦合作用具有明顯的關聯[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對耐久性產生明顯的影響[2]，因此，本研究探究硫酸鹽侵蝕與環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一定的借鑒。

1 實驗材料及方法

1.1 實驗材料

本次研究中選擇實驗材料對混凝土的硫酸鹽腐蝕情況進行分析，其實驗材料如下：

（1）P·I42.5級水泥

（2）SRPC42.5高抗硫酸鹽硅酸鹽水泥

（3）Ⅱ級粉煤灰

（4）河砂

（5）自來水

（6）減水劑（江蘇博特新材料有限公司生產）

（7）混凝土高效防腐劑

1.2 試件制備以及試驗

在工程施工中，混凝土的結構會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生破壞，在本次實驗中，對混凝土的膠砂進行分析。采用聚羧酸減水劑調整工作，保證其流動度在200mm，成型在40×40×160mm的試件，養護28d。同時本次實驗采用干濕交變制度來加速實驗，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℃的烘箱中進行烘干處理，持續6h，在取出后，冷卻1h，測試材料在不同循環次數下的性能變化。

1.3 膠砂耐腐蝕實驗

膠砂試件的測試時間為28d，初始的質量為M0,在實驗過程中，制定循環次數，計算材料的腐蝕率。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為材料的初始質量，Mi為循環后的材料質量。在水泥膠砂材料測試28d后，其抗壓強度為C0，對其進行腐蝕實驗測試，在規定循環次數的情況下，其抗壓強度設定為Ci，通過公式2，可以對其強度損失率進行計算。

L=(C0-Ci)/C0×100%公式2

在公式2中，L為膠砂材料的強度損失率，C0為膠砂材料的初始抗壓強度，Ci為循環后膠砂試件的抗壓強度。通過公式1和公式2的計算，可以確定膠砂的耐腐蝕情況。

2 結果與分析

2.1 水膠比對耐腐蝕性的影響分析

通過表2可見，膠砂材料在干濕環境下，質量會出現先增高后降低的變化，其剝蝕率表現為先負值后正值，隨著循環次數的不斷增加，材料的質量會之間損失，表現為剝落。水膠比降低，會在一定程度上提升材料的密實度，外界水分難以侵蝕材料，從而會降低材料的剝蝕率。當水膠比控制在0.3以下時，可以將材料的強度損失率控制在10%以下。

表2 水膠比對耐腐蝕性的影響分析表（%）

C-0．5 C-0．3剝蝕率強度損失率剝蝕率強度損失率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 不同水泥種類對耐腐蝕性的影響

不同的水泥品種對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，其強度損失率會呈現降低的趨勢，并且會逐漸提升抗硫酸鹽的腐蝕性。

2.3 礦物摻合料對耐腐蝕性的影響

在粉煤灰摻入后，會降低體系中的C/S ，研究表明，在酸性的環境中，C/S凝膠穩定性相對較好，可以在一定程度上提升材料的耐腐蝕性，同時在硫酸鹽的耦合侵蝕作用下，硫酸離子會在一定程度上激活粉煤灰的活性；并且在潮濕的環境下，材料的強度會呈現不斷增長的趨勢，但是在持續的摻入下，會增大材料的孔隙率，外界有害物質會滲入材料的內部，在干濕交變作用下，導致內部生成結晶產物，造成表層的剝落。

2.4 PH值對抗腐蝕能力的影響

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

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，會在一定程度上提升混凝土的密實度，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。

3.2 合理選擇水泥品種

盡量選擇剝蝕率以及強度損失損失率低的水泥，其可以抑制石膏以及水化物的產生，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含量相對較低，并且標號相對較高的水泥。如果C3A的含量過低，會導致水泥的早期強度受到影響，需要盡量選擇C3A含量相對較低的水泥，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明顯降低，從而可以有效的提升混凝土對硫酸鹽的抗腐蝕能力。

3.5 鋪設保護層

通過保護層，可以將混凝土與環境隔離，繼而可以降低硫酸離子的濃度，同時可以降低硫酸離子與其他物質發生化學反應，進而可以有效的提升混凝土的抗腐蝕能力。

4 結語

在本次研究中，主要探究基于硫酸鹽侵蝕與環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，需要對其水膠比、水泥類型、防腐蝕外加劑以及PH等因素進行綜合考慮。

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

吳曉春(1973-)，女，武漢科技大學城市建設學院，副教授，碩士，主要從事混凝土結構基本原理及設計的教學與科學研究工作。