硫酸鹽侵蝕對再生混凝土耐久性的影響研究

尹 迪

（滄州交通學(xué)院，河北 黃驊 061199）

0 引言

1 影響再生混凝土耐久性的因素

再生混凝土的耐久性主要包括碳化因素、抗凍融性、抗?jié)B性能、氯離子滲透性和抗硫酸鹽侵蝕性等幾大方面，其中抗硫酸鹽侵蝕性是考察再生混凝土耐久性的重要指標(biāo)，因此對再生混凝土抗硫酸鹽侵蝕性的研究具有重要的意義。

影響硫酸鹽侵蝕再生混凝土的因素比較多，一方面是再生混凝土的自身因素影響，例如再生混凝土自身的性質(zhì)、其他添加物的配比等；還有一方面還有外部因素的影響，例如硫酸鹽的濃度，養(yǎng)護(hù)條件等。因此對硫酸鹽的侵蝕性研究需要從多方面考察，來確保對再生混凝土耐久性影響研究的全面性和準(zhǔn)確性[1]。

2 試驗(yàn)原材料和試驗(yàn)方法

2.1 試驗(yàn)原材料的選擇

2.1.1 水泥的選擇

本次試驗(yàn)選擇的水泥為普通硅酸鹽水泥P·O42.5，廠家是大連新虎水泥企業(yè)集團(tuán)，水泥性能指標(biāo)如表1所示。

表1 水泥的性能指標(biāo)

2.1.2 骨料的選擇

再生混凝土：試驗(yàn)使用的再生粗骨料來自黃驊市某中學(xué)教學(xué)樓拆除的廢舊混凝土，已經(jīng)經(jīng)過破碎、清洗、篩分和預(yù)濕處理。

為進(jìn)一步保障油品供應(yīng)，今年以來加油站還全面提升了對農(nóng)戶的各項(xiàng)服務(wù)。“過去給農(nóng)戶送水、送飯、送一些防凍液等物品那都是常有的事。今年我們又根據(jù)農(nóng)戶的需求把服務(wù)工作再上一個(gè)臺階。”張文興說。

細(xì)骨料：選用的是天然河砂，屬于中砂，表觀密度是2.591g/cm3，細(xì)度模數(shù)是2.72，含泥量1.88%。

天然粗骨料：天然粗骨料選用的是顆粒級配良好的碎石。兩種粗骨料的性能指標(biāo)如表2所示。

表2 各粗骨料的性能指標(biāo)

2.1.3 粉煤灰的選擇

粉煤灰選用的是黃驊市蘭天熱力發(fā)電廠產(chǎn)的I級粉煤灰，粉煤灰的各項(xiàng)性能指標(biāo)如表3所示。

表3 粉煤灰的性能指標(biāo)

2.2 試驗(yàn)方案

2.2.1 試件的制備

將再生粗骨料依照不同取代率配置成再生混凝土拌合物，再生混凝土的取代率設(shè)定為0、20%、50%和100%，分別記為A0、A20、A50、A100。并依據(jù)GB/T50082—2009《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》，將配置好的再生混凝土拌合物制作成100mm×100 mm×100mm的立方體試件，脫模后標(biāo)準(zhǔn)條件下（20℃±2℃，RH≥95%）養(yǎng)護(hù)28d。具體配比見表4所示。

表4 再生混凝土中各物質(zhì)配合比

2.2.2 試驗(yàn)方法

本試驗(yàn)所采用的實(shí)驗(yàn)方法是干濕循環(huán)法，將上述試件放進(jìn)干濕循環(huán)試驗(yàn)機(jī)中的濃度為5%硫酸鈉溶液中，浸泡3d，然后取出晾干3d，如此為一個(gè)干濕循環(huán)。每進(jìn)行25次干濕循環(huán)試驗(yàn)對再生混凝土試件的重量和相對動(dòng)彈模量進(jìn)行一次檢測，每進(jìn)行50次干濕循環(huán)試驗(yàn)對再生混凝土試件的抗壓強(qiáng)度和劈拉強(qiáng)度進(jìn)行檢測[2]。

3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1 質(zhì)量損失率的變化

在上述4組試件分別進(jìn)行25、50、75、100、125、150次干濕循環(huán)試驗(yàn)之后，分別測定每組試件重量的變化，就可以計(jì)算得到再生混凝土試件受硫酸鹽侵蝕之后質(zhì)量損失情況，質(zhì)量損失率的計(jì)算公式如下：

式中：

Kn——進(jìn)行干濕循環(huán)試驗(yàn)之后試件的質(zhì)量損失率，%；

M0——試件初始測試重量，kg；

Mn——試件在n次干濕循環(huán)試驗(yàn)結(jié)束之后的重量，kg。

最終可以得到再生混凝土試件受硫酸鹽腐蝕變化情況見圖2。

圖2 不同配比下再生混凝土試件質(zhì)量損失率變化曲線

從圖2可以看出，在75次干濕循環(huán)試驗(yàn)結(jié)束后，4組不同配比的再生混凝土試件質(zhì)量損失率都比較低，說明此時(shí)構(gòu)件重量變化不明顯，且以A0質(zhì)量損失率最小，為0.10%；隨后繼續(xù)增加干濕循環(huán)試驗(yàn)的次數(shù)后，各組質(zhì)量損失率變化的幅度增大，說明各組再生混凝土試件重量變化都比較大，其中A100質(zhì)量損失率最大，為1.51%；其次分別是A50和A20，質(zhì)量損失率分別是1.10%、0.92%。質(zhì)量變化的原因是硫酸鹽侵蝕導(dǎo)致再生混凝土粘結(jié)力下降，而且干濕循環(huán)試驗(yàn)的溫度是80℃，兩種原因共同作用導(dǎo)致再生混凝土的表面砂漿被破壞，從而出現(xiàn)質(zhì)量損失。數(shù)據(jù)顯示再生粗骨料配比越高，質(zhì)量損失得就越多，而且在干濕循環(huán)試驗(yàn)75次之后，損失速率也會(huì)越快。

3.2 相對動(dòng)彈模量的變化

再生混凝土的相對動(dòng)彈模量計(jì)算公式如下：

式中：

Pn——經(jīng)過n次干濕循環(huán)試驗(yàn)后再生混凝土試件的相對動(dòng)彈模量，%；

fn——n次干濕循環(huán)試驗(yàn)后試件自振頻率，Hz；

f0——未進(jìn)行干濕循環(huán)試驗(yàn)前試件自振頻率初始值，Hz。

最終得到4組再生混凝土試件相對動(dòng)彈模量變化情況，如圖3所示，隨著干濕循環(huán)試驗(yàn)次數(shù)的增加，4組再生混凝土試件的相對動(dòng)彈模量都呈下降趨勢，且下降趨勢都比較明顯，其中A100下降的數(shù)值最多，在經(jīng)過150次干濕循環(huán)試驗(yàn)后，再生混凝土試件的相對彈性模量下降至59.20%，而A0下降得最少，為85.11%。從數(shù)據(jù)上來看，再生粗骨料添加得越多，相對彈性模量下降得越快，而未添加再生粗骨料的A0試件雖然也有所下降，但整體下降幅度遠(yuǎn)小于其他3組。分析原因是混凝土在硫酸鹽溶液中浸泡，SO42-會(huì)進(jìn)入到混凝土內(nèi)部，與氫氧化鈣和水化碳酸鈣等物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，使得混凝土內(nèi)部的膨脹性內(nèi)力增大，混凝土發(fā)生開裂，抵抗彈性變形能力下降。而加入再生粗骨料之后，再生粗骨料的孔隙率遠(yuǎn)高于天然粗骨料，因此SO42-會(huì)更容易進(jìn)入到混凝土的內(nèi)部，侵蝕程度和內(nèi)部損傷程度都會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于普通水泥，所以A20、A50、A100試件的相對動(dòng)彈模量下降幅度都比較大[3]。

圖3 不同配比下再生混凝土試件相對動(dòng)彈模量變化曲線

3.3 抗壓強(qiáng)度的變化

混凝土抗壓強(qiáng)度代表了混凝土的承載能力，是混凝土單位面積所能承受的最大壓力。從圖4可以看出，當(dāng)干濕循環(huán)試驗(yàn)次數(shù)達(dá)到50次時(shí)，4組試件的抗壓強(qiáng)度出現(xiàn)了小幅度提升的情況，而隨著干濕循環(huán)試驗(yàn)次數(shù)的增加，4組試件的抗壓強(qiáng)度又開始下降，且下降的趨勢都比較明顯，其中A100下降得最多，抗壓強(qiáng)度下降至21.25MPa，下降百分比為28.88%；A0下降得最少，為19.77%，A20和A50下降百分比分別為22.30%、26.09%。這說明在干濕循環(huán)試驗(yàn)次數(shù)達(dá)到150次后，A50和A100試件已經(jīng)被破壞，也就是說再生粗骨料的添加會(huì)使受硫酸鹽侵蝕的混凝土出現(xiàn)抗壓能力下降問題，添加得越多，抗壓強(qiáng)度下降得越明顯[4]。

圖4 不同配比下再生混凝土試件抗壓強(qiáng)度變化

3.4 伸長率的變化

圖5數(shù)據(jù)顯示，在干濕循環(huán)試驗(yàn)次數(shù)0～50次之間，4組試件的伸長率基本無變化；而在干濕循環(huán)試驗(yàn)次數(shù)50-100次之間，4組構(gòu)件的伸長率都有了小幅度提升，A0、A20、A50、A100伸長率分別為0.03%、0.06%、0.08%、0.13%；在干濕循環(huán)試驗(yàn)次數(shù)100-150次之間，伸長率開始大幅度上升，最終A0、A20、A50、A100伸長率分別是0.15%、0.18%、0.20%、0.40%。這說明混凝土的伸長率隨著再生粗骨料的增加而增長，分析原因是再生混凝土的孔隙率比較大，容易受硫酸鹽腐蝕，而硫酸鹽腐蝕會(huì)產(chǎn)生一定的內(nèi)部膨脹力，使得再生混凝土的體積膨脹，因此混凝土的伸長率也隨之增加。

圖5 不同配比下再生混凝土試件伸長率變化曲線

4 結(jié)束語

（1）混凝土的質(zhì)量損失率隨著再生粗骨料配比的增加而呈現(xiàn)上升趨勢，尤其是在干濕循環(huán)次數(shù)達(dá)到75次之后，質(zhì)量損失率增加的速率也大幅度提升，最終A0、A20、A50、A100分別是0.65%、0.92%、1.10%、1.51%。

（2）混凝土的相對彈性模量隨著干濕循環(huán)次數(shù)地增加下降幅度比較明顯，且再生粗骨料的配比越高，相對動(dòng)彈模量下降得越多，A100試件下降得最多，為59.20%，A0下降得最少，為85.11%。

（3）混凝土的抗壓強(qiáng)度隨著干濕循環(huán)試驗(yàn)次數(shù)增加出現(xiàn)了先小幅度提升隨后又大幅度下降的趨勢，再生粗骨料添加得越多這一現(xiàn)象越明顯，而且A100、A50下降百分比分別為28.88%和26.09%，下降比例已超過25%，說明再生混凝土結(jié)構(gòu)已經(jīng)被破壞。

（4）干濕循環(huán)次數(shù)0～50次之間，混凝土伸長率基本沒變化；50～100次之間出現(xiàn)小幅度增加現(xiàn)象；100～150次之間增加的速度變快，伸長率增加比較明顯，再生粗骨料添加越多，伸長率增加越明顯。

綜上所述，硫酸鹽腐蝕會(huì)使再生混凝土耐久性下降，且再生粗骨料添加得越多，耐久性變差越明顯。