抗硫酸盐侵蚀防腐剂对混凝土性能影响

李　响,杭美艳,郝小龙,王树奇

(1.内蒙古科技大学,包头　014010；2.包头市安顺新型建材有限公司,包头　014010)



抗硫酸盐侵蚀防腐剂对混凝土性能影响

李响1,杭美艳1,郝小龙2,王树奇2

(1.内蒙古科技大学,包头014010；2.包头市安顺新型建材有限公司,包头014010)

在相同配合比条件下，选用三种不同性能的水泥配制混凝土，研究不同种类胶凝材料对混凝土的工作性能、力学性能以及抗侵蚀性能的影响。通过SEM扫描电镜观察混凝土3 d、7 d、28 d的浆体—骨料界面过渡区的微观结构以及水化产物形貌。试验结果表明：掺入10%SSP防腐剂后，混凝土的工作性能、力学性能均优于基准和抗硫酸盐水泥混凝土。水泥水化后期，浆体—骨料界面过渡区很难区分，水化产物增多。SSP防腐剂可以促进水泥的水化程度，生成较多的钙矾石和C-S-H凝胶，使结构更致密，提高混凝土的抗侵蚀性能。

防腐剂； 抗侵蚀性能； 界面过渡区； 水化产物

1　引　言

2　试　验

2.1试验原材料试验设备

图1　高分子结构保水效应示意图Fig.1　Water retention effect of polymer structure

水泥：PO42.5普通硅酸盐水泥，细度(45 μm方孔筛)为4.5%，标准稠度用水量为26.6%，28 d抗压强度为52.1 MPa；抗硫酸盐硅酸盐水泥，细度(45 μm方孔筛)为4.1%，标准稠度用水量为25.8%，28 d抗压强度为53.4 MPa。水泥化学成分见表1所示；

水：自来水，符合JGJ63-2006要求；

砂：河砂，细度模数为2.3，含泥量2.2%；

石子：粒径在5～25 mm内连续级配碎石；

减水剂：包头钢鹿公司生产的GL-JB4萘系高效减水剂，包含引气组分、减水组分等；

防腐剂：包头钢鹿公司生产的GL-SSP抗硫酸盐侵蚀防腐剂，包含密实组分、高分子组分、减水组分等。其技术性能指标见表2所示，高分子保水效应见图1所示。

表1　水泥化学成分

表2　SSP防腐剂技术性能指标

2.2试验设备

压力机：YE-150液压式压力试验机；

侵蚀试验机：CABR-LSB/Ⅱ型全自动砼硫酸盐试验机；

扫描电镜：日本产S-3400N扫描电子显微镜。

2.3试验方法

混凝土配合比设计参照JGJ55-2011《普通混凝土配合比设计规程》，试验用混凝土配合比见表3；

混凝土强度试验参照GB/T 50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》中有关规定进行；

混凝土抗硫酸盐侵蚀试验参照GB/T50082-2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法》中的“抗硫酸盐侵蚀试验”有关规定进行。

表3　试验用混凝土配合比

3　结果与讨论

3.1防腐剂对混凝土工作、力学性能的影响

根据表3 配合比，配制混凝土，测定混凝土出机及30 min后坍落度、扩展度、含气量，标准养护至3 d、7 d、28 d及56 d的抗压强度值，试验结果见表4所示。

表4　防腐剂对混凝土工作、力学性能的影响

由表3、表4可知，掺入10%SSP防腐剂后，混凝土的各项工作性能、力学性能均得到改善。当混凝土达到相同初始坍落度时，掺SSP防腐剂混凝土的减水剂掺量为1.0%，小于基准和抗硫酸盐水泥混凝土的减水剂掺量。掺SSP防腐剂混凝土30 min的坍落度、扩展度损失均小于基准和抗硫酸盐水泥混凝土，说明SSP防腐剂具有一定的保塑性能。掺SSP的混凝土初始含气量为3.0%，均高于基准和抗硫水泥混凝土的含气量，且含气量经时损失最小。基准混凝土与抗硫酸盐水泥混凝土的各龄期强度值相差较小，掺SSP防腐剂各个龄期的混凝土强度均高于另外两组。

SSP防腐剂中的减水组分使混凝土在减水剂掺量较低时，能够保证与基准混凝土具有相同的坍落度，故其掺量较基准和抗硫酸盐水泥混凝土低。掺入SSP防腐剂，其密实组分使硬化后的混凝土整体结构更加致密，高分子组分具有一定的保水效应，对混凝土起到内养护的作用，有利于强度的发展，故使掺SSP防腐剂混凝土的各龄期强度均高于基准和抗硫酸盐水泥混凝土。

3.2防腐剂对混凝土抗硫酸盐侵蚀性能的影响

针对内蒙古地区特殊的土质条件、气候条件，为了模拟更加严酷的工程气候条件，更好的验证SSP防腐剂的抗硫酸盐侵蚀性能，试验选用10%Na2SO4+5%MgSO4的硫酸盐溶液进行混凝土抗硫酸盐侵蚀干湿循环试验，试验结果见表5所示。

表5　防腐剂对混凝土抗硫酸盐侵蚀性能影响

注：同龄期标养为受硫酸盐腐蚀试件同龄期的标准养护的一组对比混凝土试件的抗压强度测定值。

3.3微观结构分析

参照试验用混凝土配合比，将石子破碎后筛选出粒径在2.36～4.75 mm之间的碎石，采用水胶比为0.45，浆骨比为0.45，制作细石混凝土，养护至3 d、7 d、28 d龄期时，用SEM扫描电镜观察水泥各龄期的水化产物以及浆体—骨料界面。试验结果见图2～4所示。

图2　浆体-骨料界面过渡区(3 d)(a) J (×2000);(b)KS (×3000);(c) SSP (×3000)Fig.2　Interface transition zone between cement paste and aggregates (3 d)

图3　浆体-骨料界面过渡区(7 d)(a) J (×3000);(b)KS (×3000);(c) SSP (×3000)Fig.3　Interface transition zone between cement paste and aggregates (7 d)

图4　浆体-骨料界面过渡区(28 d)(a)J(×5000);(b)KS (×5000);(c) SSP (×5000)Fig.4　Interface transition zone between cement paste and aggregates (28 d)

由图2～4可以清晰的看出，随着养护龄期的增长，浆体—骨料界面过渡区的水泥水化产物数量增多，过渡区附近变得更加致密，界面过渡区很难区分。同龄期胶凝材料种类不同，水化程度不同。在3 d龄期时，基准混凝土水化程度较低，掺SSP防腐剂混凝土水化程度较高。从图2(水泥水化早期)的三张图可以看见纤维状、球状无定形水化硅酸钙(C-S-H)、针状棱柱形的钙矾石晶体、等棱柱状Ca(OH)2晶体等水泥水化产物，掺SSP防腐剂混凝土的水化产物较多。这些水化产物大多分散于浆体—骨料界面过渡区之外，浆体—骨料界面过渡区内存在较少。骨料与水泥浆体的界面粘结性能较差。

随着水泥的进一步水化，浆体—骨料界面过渡区水化产物数量变多[7,8]，过渡区附近变得更加致密。从图3(水泥水化中期)可以看出水泥浆体变得平整密实。在3 000倍的放大倍数下，可以观察到各种形状的大块C-S-H凝胶、聚集成簇的棒针状钙矾石晶体、片状单硫型水化硫铝酸钙，且C-S-H凝胶数量较多。骨料与水泥浆体的界面粘结性能较好。

当水泥水化到28 d(水泥水化后期)龄期时，浆体—骨料界面过渡区变得更加密实，水化产物进一步增多，过渡区已很难区分。在5 000倍的放大倍数下，发现块状C-S-H凝胶搭接生长，块与块之间十分密实，以及薄六方片状单硫型水化硫铝酸钙AFm相。混凝土更加密实，强度提高，抗侵蚀性能提高。

综上所述，SSP防腐剂的掺入可有效促进水泥水化，消耗多余的Ca(OH)2晶体，生成较多针状棱柱形的钙矾石和不规则C-S-H凝胶，使得结构更加致密，提高了混凝土的抗硫酸盐侵蚀性能。

4　结　论

(1)混凝土掺入10%SSP防腐剂后的各项工作性能均得到改善，30 min时的坍损、含气量损失均较小，工作性能优于基准和抗硫酸盐水泥混凝土，且各龄期强度均高于基准和抗硫酸盐水泥混凝土;

(2)掺SSP防腐剂的混凝土具有优越的抗硫酸盐侵蚀性能，在高浓度硫酸盐侵蚀溶液中经过90次干湿冷热循环后，抗压强度耐蚀系数仍可达到91.1%，远高于基准混凝土的54.9%、抗硫酸盐水泥混凝土的77.2%;

(3)胶凝材料种类不同，水化产物不同。早期水化程度较低，水化产物相对较少，在高放大倍数下可明显观察到浆体-骨料界面过渡区的形貌以及水化产物；水泥水化后期，水化产物增多，浆体-骨料界面过渡区很难区分;

(4)C-S-H凝胶始终存在于水泥水化过程中，水化程度不同，C-S-H凝胶的含量也不同。掺入SSP防腐剂可以促进水泥的水化程度，消耗多余的Ca(OH)2晶体，生成较多的针状棱柱形钙矾石和不规则C-S-H凝胶，使结构更致密，提高混凝土的抗硫酸盐侵蚀性能。

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Influence to Concrete Performance of Sulfate Resistance of Preservative

LIXiang1，HANGMei-yan1，HAOXiao-long2，WANGShu-qi2

(1.Inner Mongolia University of Science & Technology，Baotou 014010,China;2.Anshun Building Materials Limited Liability Company of Baotou，Baotou 014010,China)

In the proportion condition, the three different properties of cement are used to study the influence of working performance, mechanical properties and corrosion resistance of concrete on different types of cementitious materials. By SEM scanning electron microscopic, it can be observed that the microstructure and morphology of hydration of 3 d, 7 d, 28 d interface transition zone between cement paste and aggregate. The result of experiment refers that working performance and mechanical properties of concrete are prior to sulfate resistant cement, after mixed with 10%SSP preservative. In the later period of cement hydration, because of hydration product increase, it is hard to distinguish interface transition zone between cement paste and aggregate. SSP preservative can promote the degree of hydration of cement, and will generate a lot of ettringite and C-S-H gels, which makes the structure more compact and improve corrosion resistance of concrete.

preservative;corrosion resistance;interface transition zone;hydration product

内蒙古自治区研究生教育创新计划资助项目(S20151012701).

李响(1991-)，男，硕士研究生.主要从事混凝土耐久性方面的研究

杭美艳， 教授级高工， 硕导．

TU526

A

1001-1625(2016)06-1907-05