含硫酸鹽骨料導(dǎo)致混凝土工程蝕毀的試驗(yàn)研究

摘 要 混凝土材料的耐久性研究受到普遍關(guān)注，我國東部沿海地區(qū)和西部鹽堿地帶含有很多硫酸鹽，當(dāng)混凝土與自然環(huán)境中含有硫酸鹽的水或土壤接觸時(shí)，SO42-進(jìn)入混凝土中造成侵蝕，且對混凝土來說這種硫酸鹽侵蝕往往同時(shí)伴隨著干濕循環(huán)、長期浸泡等環(huán)境因素影響。對混凝土的耐久性是致命性的破壞。因此，本文進(jìn)行混凝土抗硫酸鹽試驗(yàn)研究，以期為混凝土的耐久性和工程中廣泛應(yīng)用提供試驗(yàn)基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞 硫酸鹽;混凝土;侵蝕;試驗(yàn)

引言

20世紀(jì)90年代以來，混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性問題已經(jīng)引起了國家和技術(shù)界的重視。近海及濱海地區(qū)由于其地理位置及所處環(huán)境特殊性，混凝土建設(shè)和使用環(huán)境較為惡劣，混凝土結(jié)構(gòu)多會遭受嚴(yán)重的硫酸鹽侵蝕，導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)物的破壞[1]。

基于此，本文通過實(shí)驗(yàn)?zāi)M硫酸鹽侵蝕干濕循環(huán)作用下不同水膠比、不同配合比下混凝土的表觀特征、質(zhì)量變化規(guī)律、抗?jié)B性等宏觀力學(xué)性能指標(biāo)以及孔結(jié)構(gòu)等微觀性能指標(biāo)來揭示混凝土在硫酸鹽侵蝕共同作用下混凝土性能演變機(jī)理。

1試驗(yàn)設(shè)計(jì)與方法

1.1 混凝土配合比以及試件的制作

本次實(shí)驗(yàn)采用水膠比0.32（A-0、A-F、A-FM、A-M）、0.38（B-0、B-F、B-FM、B-M），共計(jì)8個(gè)配合，其配合比詳見表1。做好前期準(zhǔn)備后開始進(jìn)行干濕循環(huán)試驗(yàn)。

1.2 試驗(yàn)方法

為了研究硫酸根離子對混凝土的侵蝕機(jī)理，本文采用3%的Na2SO4溶液作為混凝土侵蝕溶液。

混凝土試件標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28d后，取出放入（50±5）℃烘箱中烘24h，烘干結(jié)束后將試件在干燥環(huán)境中冷卻到室溫;

冷卻后的試件放入試驗(yàn)容器后，將配置好的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%的Na2SO4溶液倒入試驗(yàn)容器中，確保溶液至少超過試件上表面20mm。

試件浸泡48h后取出，在溫度為（50±5）℃的烘箱中烘干22h后取出冷卻2h至室溫，即為一個(gè)循環(huán)。每個(gè)循環(huán)時(shí)間為36h。在循環(huán)過程中定期更換硫酸鈉溶液以確保溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)不變從而避免實(shí)驗(yàn)誤差。

2試驗(yàn)結(jié)果及其分析

2.1 混凝土表觀損傷

混凝土試件在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28d還未進(jìn)行干濕循環(huán)時(shí)混凝土試塊表面完整，各部分棱角線條清晰;在進(jìn)行30次干濕循環(huán)后混凝土試件表面覆蓋一層鹽皮，這是由于，硫酸根離子滲入混凝土試件內(nèi)部與水泥水化產(chǎn)物進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)生成膨脹性產(chǎn)物，并且在這個(gè)過程中還伴有物理侵蝕，當(dāng)試驗(yàn)試件處于干燥狀態(tài)時(shí)，混凝土內(nèi)部鹽溶液由于蒸發(fā)作用，水在混凝土中發(fā)生遷移，導(dǎo)致鹽溶液濃度急劇增大，當(dāng)混凝土中的溶液達(dá)到超飽和狀態(tài)后出現(xiàn)鹽析現(xiàn)象[2]。當(dāng)試驗(yàn)試件循環(huán)60次時(shí)試件表面部分水泥漿體出現(xiàn)了剝落、微裂紋，并且隨著侵蝕的不斷進(jìn)行，試件表面水泥漿體剝落、微裂紋現(xiàn)象愈加明顯。當(dāng)循環(huán)次數(shù)到100次時(shí)試件表面出現(xiàn)坑蝕現(xiàn)象，表面出現(xiàn)許多凹坑嚴(yán)重影響了試件表面的平整性，表面裂紋逐漸貫通，出現(xiàn)沙化現(xiàn)象，骨料外露現(xiàn)象越來越嚴(yán)重，局部出現(xiàn)完全剝落現(xiàn)象[3]。

2.2 混凝土質(zhì)量變化規(guī)律

試驗(yàn)中不同配合比混凝土試件質(zhì)量隨循環(huán)次數(shù)呈現(xiàn)相同的變化規(guī)律，其可分為3個(gè)階段：質(zhì)量迅速增大階段;緩慢變化階段;迅速下降階段。

在侵蝕前期（循環(huán)次數(shù)0～40次）由于環(huán)境中的硫酸根離子與水泥水化產(chǎn)物反應(yīng)生成水化硅酸鈣膠凝等膨脹性物質(zhì)，填充了混凝土內(nèi)部的孔隙，使得混凝土密實(shí)度得以提高，導(dǎo)致混凝土質(zhì)量迅速增長;在循環(huán)次數(shù)為40～50次之間時(shí)試件質(zhì)量發(fā)生緩慢變化;侵蝕后期（循環(huán)次數(shù)50～100次），混凝土試件中的氫氧化鈣和水化硅酸鈣等水化產(chǎn)物逐漸從表面分解、溶出，破壞了混凝土結(jié)構(gòu)，使得表層砂漿大面積沙化造成表面剝蝕現(xiàn)象嚴(yán)重，試件質(zhì)量迅速下降。

2.3 混凝土抗?jié)B性研究

混凝土電通量隨循環(huán)次數(shù)變化規(guī)律，循環(huán)次數(shù)在0到10次之間，A-0、A-F、A-FM、A-M電通量急速下降，分別下降了50.4%、67.5%、70.94%、74.2%，下降幅度大小關(guān)系為A-M>A-FM>A-F>A-0。在干濕循環(huán)20至30次時(shí)，電通量分別達(dá)到最低點(diǎn)，而在最低點(diǎn)處的大小關(guān)系為A-0>A-F>A-FM>A-M，之后開始緩慢上升。這是由于A-0中未添加礦物摻和料，所以孔隙、連通孔較多，而礦物摻和料礦粉和粉煤灰的摻入能有效地優(yōu)化混凝土的孔隙，其中尤以礦粉在優(yōu)化孔隙方面的性能更為突出。

在后期緩慢上升階段，大水膠比混凝土中的粗孔隙更容易被破壞后與其他孔隙形成連通孔。所以低水膠比混凝土更適用于硫酸鹽侵蝕環(huán)境。

3結(jié)束語

綜上所述，混凝土工程在硫酸鹽侵蝕下容易出現(xiàn)性能問題，因此，對混凝土結(jié)構(gòu)在硫酸鹽侵蝕下的耐久性的研究意義重大，也是未來研究的趨勢。本文中對混凝土抗硫酸鹽侵蝕進(jìn)行試驗(yàn)分析，以期能夠提供一定幫助。

參考文獻(xiàn)

[1] 姜磊.硫酸鹽侵蝕環(huán)境下混凝土劣化規(guī)律研究[D].西安建筑科技大學(xué)，2014.

[2] 梁永寧.摻和料對混凝土抗硫酸鹽侵蝕能力的影響[J].混凝土，2011，（2）：63-64.

[3] 李文霞.干濕-凍融交替作用下混凝土受硫酸鹽侵蝕研究[J].混凝土，2017，（5）：12-14.

作者簡介

李海濤（1975-），男，湖南邵陽人;職稱：工程師，現(xiàn)就職單位：湖南中大檢測技術(shù)集團(tuán)有限公司，研究方向：公路水運(yùn)工程試驗(yàn)檢測。