材料组成对砂浆耐酸性能的试验研究

董亚丽 DONG Ya-li

（中铁十七局集团第四工程有限公司，重庆 404100）

（China Railway 17th Bureau Group 4th Engineering Co.，Ltd.，Chongqing 404100，China）

材料组成对砂浆耐酸性能的试验研究

董亚丽 DONG Ya-li

（中铁十七局集团第四工程有限公司，重庆 404100）

（China Railway 17th Bureau Group 4th Engineering Co.，Ltd.，Chongqing 404100，China）

采用酸性环境下加速试验的方法，研究了材料组成对砂浆耐酸性能的影响。对不同水泥品种、灰砂比和外加剂在各个腐蚀阶段砂浆的质量变化和抗压强度变化进行比较分析。结果表明：在pH=2的酸性环境下，普通硅酸盐水泥砂浆和高抗硫酸硅酸盐水泥砂浆的耐腐蚀能力比快硬硫铝酸盐水泥砂浆强；灰砂比大时，砂浆的耐酸性有所改善；在1年的侵蚀龄期内，掺憎水剂的砂浆相比掺阻锈剂与密实剂的砂浆强度下降率小。

砂浆；胶凝材料；酸性环境；腐蚀；材料组成

0 引言

随着科技与工业的飞速发展，混凝土结构受恶劣环境的腐蚀日趋严重，混凝土结构的耐久性、强度及其与钢筋的粘结强度等基本性能在一定程度上被大大地削弱，进一步威胁到人们群众的生命财产安全。通常情况下，混凝土材料都是呈现弱碱性或碱性，对酸性环境比较敏感。通过研究现有的资料，同时结合工程经验，进一步表明：酸类腐蚀在一定程度上恶化混凝土的性能，进一步加剧钢筋的锈蚀程度，逐渐成为腐蚀混凝土结构的重要因素。在我国的内陆地区、沿海地区，经过调查研究发现，许多桥梁、隧道、大坝、厂房等工程均受到不同程度的酸侵蚀，进一步影响工程的安全运行。在混凝土中，水泥砂浆作为其中的一种主要成分，在对混凝土耐酸性能进行研究的过程中，通常情况下通过采用水泥砂浆开展相应的试验，进而在一定程度上减少试验的影响因素。因此，在酸性环境中，通过试验研究组成材料对水泥砂浆力学性能影响规律，对于增强混凝土酸性条件下物理力学性能和耐久性是具有重要的意义的。

1 试验原材料与实验方法

1.1 实验原材料

在进行本试验的过程中，选用的水泥分别是：葛洲坝水泥厂生产的P.O42.5普通硅酸盐水泥(OPC)、高抗硫酸硅酸盐水泥(SRPC)和湖北孝感安达特种水泥有限公司生产的42.5级快硬硫铝酸盐水泥(SAC)；粉煤灰采用武汉阳逻电厂的I级粉煤灰；矿渣粉采用武汉钢铁集团公司生产的S95级磨细矿渣粉；磷渣粉为湖北宜昌兴发集团生产的磷渣粉；碎石采用5～25mm连续级配石灰石质碎石。

1.2 试验方法

试验过程中水泥砂浆试件尺的规格为40mm×40mm×160mm，每种配合比有6个试件。在标准养护室中，对试件进行24小时养护，然后浸入20℃自来水中进行28天的养护，取出试块，晾至饱和面干测得其初始质量。随后将其浸入pH=2的硫酸溶液中，每天对溶液进行搅动使其均匀，确保试块周围保持相同的侵蚀环境，每7天更换溶液，且每隔一段时间（2天或3天）调试pH值至初始值。测其质量、强度值等表征参数，同时观测砂浆表观形貌变化、酚酞法测砂浆的中性化深度。

本次试验分别对水泥品种、材料配合比和外加剂材料进行测试，分别比较它们对砂浆耐酸性能的影响：通过对三种水泥品种的耐酸性能进行深入研究，分别为普通硅酸盐水泥（OPC）、高抗硫酸盐水泥（SRPC）以及快硬硫铝酸盐水泥（SAC），配合比见表1；材料配合比对耐酸性能影响试验中，采用高抗硫酸盐水泥在不同配合比下进行酸性腐蚀试验，配合比见表2；外加剂对耐酸性能影响试验中，采用密实剂、阻锈剂和憎水剂三种外加剂进行试验。

表1 砂浆配合比（kg/m3）

表2 试验砂浆配合比（kg/m3）

2 试验结果

2.1 水泥品种对耐酸性能的影响

用硫酸溶液对相同水泥材料不同灰砂比的砂浆进行侵蚀试验，在规定龄期测试砂浆的质量以及强度变化。图1为三种水泥砂浆侵蚀28天后外观图片。

2.1.1 质量变化

测量三种水泥砂浆在不同龄期侵蚀后质量，算出质量损失率如表3所示。

由表3中可以得出：三种水泥砂浆在硫酸溶液中试验一段时间后，质量都会急剧下降；在耐酸性能方面，OPC和SRPC这两种水泥之间表现出很大的相似性，SAC质量在酸性环境下损失最大，所以其耐酸性能通常情况下是最差的。

图1 三种水泥砂浆侵蚀后外观（OPC→SRPC→SAC）

表3 pH=2时三种水泥砂浆的质量损失率

2.1.2 强度变化

对于砂浆来说，通常情况下，其抗折强度主要：一方面受到砂浆本身性能的影响和制约，另一方面受到试块表面状态的影响和制约，由于这些因素的存在，使得抗折强度在一定程度上发生很大的波动性，没有明显的规律可循，在本文中，这里只通过砂浆的抗压强度作为砂浆耐酸性能的评价参数，表4、图2在一定程度上分别为三种砂浆在pH=2的硫酸环境下经历不同时间的侵蚀后的抗压强度结果。

表4 pH=2时，三种水泥砂浆的相对抗压强度结果(MPa)

图2 pH=2时，砂浆抗压强度变化

由表4和图2可以得出：在试验的中早期，虽然砂浆强度都会出现一定程度的增加，这是因为，在试验过程中，部分未完全水化的水泥颗粒在一定程度上继续水化生成更多的水化产物，进一步填充了基体内部的空隙，使得密实度逐渐增加，暂时性地提高了混凝土的强度；在长期侵蚀性环境下，水泥各种水化产物会发生结构变化，导致强度性能的劣化；在硫酸溶液中，OPC表现出比SRPC砂浆稍好的耐酸性能，SAC砂浆表现出最差的耐酸性能。

2.1.3 中性化深度

采用酚酞法粗略测试砂浆的中性化深度。结果显示：126天时，对于普通硅酸盐水泥砂浆来说，中性化深度约为1.74mm，占截面宽度的8.7%；SRPC约为1.34mm，SAC砂浆的截面积由原来的40×40mm2变化到35.3×36.1mm2；如图3所示。

图3 不同砂浆断面情况(红色为酚酞遇碱所呈红色)

2.2 灰砂比对耐酸性能的影响 采用相同的侵蚀方法，用硫酸溶液对相同水泥材料不同灰砂比的砂浆进行侵蚀试验，在规定龄期测试砂浆的质量以及强度变化，所得表5为砂浆抗压强度值，图4与图5分别为砂浆的质量变化率和强度变化率曲线。

表5 砂浆抗压强度值(MPa)

图4 砂浆质量变化

图5 砂浆强度变化

由表5、图4和图5可知：在硫酸环境下，各砂浆的质量一直在减小；对于砂浆的强度来说，先是增加，但是随着酸性的侵蚀，进而在一定程度上造成砂浆强度的损失速率超过因水泥继续水化强度增加速率时，砂浆强度进一步表现为下降；一个混合体，砂浆通常情况下是由水泥、水与砂共同组成，并且存在一个最佳的搭配比例，并非水泥用量越大砂浆的初始强度就越高。

2.3 外加剂对耐酸性能的影响

表6为掺不同种类外加剂的砂浆在侵蚀1年内抗压强度测定值，图6为其衰退速率对比图。

表6 掺外加剂混凝土的强度（MPa）

图6 不同外加剂对混凝土耐酸性影响

通常情况下，三种防腐剂对混凝土的耐酸性的影响存在差异，但是这种差异比较小。其中，憎水剂相对较好，其原因是混凝土中加入憎水剂后，在混凝土内部孔隙的表面存在着憎水成，进而使得混凝土表面的张力在一定程度上增大，外界腐蚀性介质渗入混凝土的速率被进一步降低，混凝土性能衰退速率得到有效的延缓。

3 结论

①在pH=2的酸性环境下，OPC和SRPC的耐腐蚀能力要强于SAC砂浆。故酸性环境下不能够使用快硬硫铝酸盐水泥。

②灰砂比从1：3上升到1：1.5时，经历164天pH=2的硫酸侵蚀后，砂浆的抗压强度损失率从52.4%降为26%。

③憎水剂的效果相对较好，在1年的侵蚀龄期内，相比掺阻锈剂与密实剂的混凝土，强度下降率较小。

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Experimental Study on the Acid Resistance of the Material Composition of Mortar

This paper studies on the effect of material in the acid resistance of the mortar by the experiment in acidic environment.The experiment uses different varieties of cement,cement-sand ratio and additives to compare the quality and compressive strength in various stages of various stages of corrosion.The results showed that:In the acidic environment of pH=2,ordinary cement mortar cement mortar and anti-acid corrosion resistance faster than a hard and strong sulfur aluminate cement mortar;it would improve acid resistance when the cement-sand ratio is larger;in the one year period,the decreased rate of mortar strength mixed with water repellent is lower than mixed with rust resistance and compacting agent.

mortar；cementations materials；acidic environment；corrosion；material

董亚丽（1979-），女，吉林长春人，毕业于吉林省北华大学，研究方向为施工技术。

TU502

A

1006-4311（2014）11-0090-03