硫酸盐腐蚀后混凝土测强曲线研究

孙子玉

（山西大学化学化工学院，山西 太原 030006）

硫酸盐腐蚀后混凝土测强曲线研究

孙子玉

（山西大学化学化工学院，山西 太原 030006）

采用干湿交替腐蚀的方法，进行了衬砌混凝土受硫酸盐腐蚀试验。结果表明，混凝土在硫酸盐的作用下，其后强度损失幅度很大。把参数回弹值、波速与抗压强度整理进行回归分析，给出衬砌混凝土受硫酸盐腐蚀后测强公式。

干湿交替；硫酸盐；回归；测强曲线

我国幅员辽阔，地质复杂，土的化学污染物不同程度地存留；近些年来随着工业化的发展，土壤不同程度地受到了各种腐蚀物质的污染；冬季北方地区因交通通行的需要，往往在公路上撒盐除雪，这些都不同程度地污染了其周边的水域与土地。为此，在其附近修建的隧道衬砌混凝土与土接触以后，也对混凝土造成了一定的腐蚀破坏，从而影响了隧道的使用寿命。

从全国隧道来看，隧道衬砌混凝土渗漏、剥落事故常有发生［1-2］，隧道安全受到威胁［3-4］。

隧道衬砌混凝土破损后，需要对隧道的安全状态进行评定，常见的方法有无损检测和有损检测2种［5］。无损检测就是通过超声波波速的方法，评定混凝土内部损伤状态，有损检测则是通过钻心取样的方法，通过压力机检测混凝土的实际强度。无损检测不损伤结构，施工量小，精度高，因而得到了工程界的普遍接受，但目前还没有大量数据支持无损检测方法用于腐蚀后的混凝土。为此，本文通过试验，回归无损检测测强曲线。

在氯盐、硝酸盐及硫酸盐中，硫酸盐对混凝土的破坏更为严重破坏［6-8］。鉴于此，本文通过无损检测方法［9-12］进行试验，建立混凝土在硫酸盐腐蚀环境下的无损检测测强曲线。

1 试验设计

1.1 试验材料性能

水泥：采用亚泰水泥有限公司生产的425普通硅酸盐水泥，水泥的物理性能见表1。

表1 水泥物理性能

粉煤灰：为深海热电I级粉煤灰。各项性能指标见表2。

表2 粉煤灰物理性能

砂：细度模数为2.8的中砂。

减水剂：沈阳砼行建筑材料科技有限公司生产的TX-1001聚羧酸高性能减水剂；性能指标见表3。

表3 减水剂指标

续表

硫酸盐：沈阳市新化试剂厂生产的Na2SO4试剂。

速凝剂：市售有碱粉体速凝剂；性能指标见表4。

表4 速凝剂性能指标

粗骨料：为5～10mm石灰岩。

水：为普通自来水。

1.2 配合比

根据上述原材料进行两种不同强度等级混凝土配合比设计，每立方米混凝土所用材料用量见表5，外加剂及掺合料用量见表6。

表5 混凝土配合比

表6 掺合料、外加剂 （m3）

1.3 试验方法

将成型后的试块放在温度为20±2℃的不流动氢氧化钙饱和溶液中养护28天后进行腐蚀试验：试块在硫酸盐溶液中浸泡36小时，取出晾晒1小时后，放入80℃±5℃烘箱恒温烘10小时取出，自然环境中放置1小时。溶液采用15%浓度Na2SO4，共进行36次循环，每4个循环进行无损检测和抗压强度试验。所有抗压试验在万能压力机上进行。回弹仪采用ZC3-A型；超声波检测仪采为NM-4A型。测试8天、16天、24天、32天、40天、48天、56天、64天、72天腐蚀后试块的抗压强度。

2 腐蚀试验

2.1 试验现象

可以看出随着腐蚀次数的增加，混凝土表面出现花斑，并逐渐发白，伴随边缘脱落现象，表明随着干湿循环的增加，腐蚀破坏逐渐加重，其中混凝土试块角部更为严重 （如图1），原因是角部受3个方向腐蚀溶液的同时腐蚀，硫酸盐侵蚀更为严重，客观上加剧了破坏的速度。

图1 混凝土在不同干湿交替腐蚀过程中外观照片

微观电镜扫描 （SEM）结果表明：0次腐蚀时，内部结构致密；18次腐蚀时，有结晶物质出现可能为钙矾石和石膏晶体生成。36次腐蚀时，出现更多孔洞，钙矾石和石膏晶，微裂很少，裂缝增多，有大量石膏晶体生成。表面混凝土内部结构已经严重损伤 （如图2）。这与混凝土试块宏观破坏现象时一致的。现象表明：除了硫酸盐本身结晶析出膨胀，产生内应力破坏以外，其组分与水泥基组分发生反应，生成强度较低的大晶体物质，也造成了强度的降低。

图2 腐蚀过程中的外观及SEM图 （2000倍）

2.2 试验抗压强度分析

结果可以看出，试块在8次腐蚀循环后，强度还有所提高。原因是：是硫酸盐在混凝土中产生了微膨胀，增强了混凝土的密实度，随循环次数持续的增加，强度开始下降，循环次数达到32次以后强度降低40%左右 （如图3）。总体来看，C30、C35试块强度降低趋势基本一致，后期强度损失均呈线性下降趋势。

图3 抗压强度随循环次数变化

3 测强曲线研究

3.1 超声法测强曲线

超声法测强公式回归示意图 （如图4）。

图4 超声法测强公式回归示意图

超声波与强度的一元回归公式见 （表7）。

表7 超声波与强度的一元回归结果

本文采用的多项式、线性方程、幂函数、指数函数四种回归公式，对试验结果进行回归分析，相关系数进行平均误差，相对标准差分析，确定多项式平局误差为6.4%，相对标准差为8.5%。从而将多项式类型的回归公式作为硫酸盐腐蚀混凝土测强曲线公式。

3.2 回弹法测强曲线

回弹法测强公式回归示意图 （如图5）。

图5 回弹法测强公式回归示意图

回弹值与强度的一元回归公式 （见表8）。

表8 回弹值与强度的一元回归结果

采用同样方法，确定多项式、线性方程、指数函数和幂函数作为回归方程，根据相关系数、平均误差、相对标准差分析，确定线性回归方程的相关系数、平均误差、相对标准差分别为0.93、6.4%、17.98%，其误差最小，为推荐方程形式。

3.3 超声—回弹综合法测强曲线

超声波、回弹值、强度的回归公式 （见表9）

表9 波速、回弹值与强度回归结果

确定多项式、线性方程、指数函数和幂函数作为回归方程，根据相关系数、平均误差、相对标准差分析，确定线性回归方程的相关系数、平均误差、相对标准差分别为0.95、19.6%、18.0%，其误差最小，为推荐方程形式。

4 结论

（1）混凝土受硫酸盐腐蚀，强度降低严重。

（2）腐蚀后的混凝土抗压强度、回弹值、超声波波速之间具有很好的回归关系。

（3）超声法腐蚀后的混凝土测强曲线方程为：f=-477.15+212.25v-21.783v2，回弹法腐蚀后的混凝土测强曲线方程为：f=-2.354+0.682R-0.0085R2，超声—回弹综合法超声法腐蚀后的混凝土测强曲线方程为：f=-257.011+105.578v-10.407v2+1.170R-0.0105R2。

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Research of Strength Figure for Concrete Caused by Sulfate Attack

SUN Zi-yu

Based on accelerated corrosion of wet-dry cycles,the article analyzes the strength figure of tunnel lining concrete caused by sulfate attack.The test results show that the strength loss has big change in subway tunnel lining concrete,and the strength figure of existing is not applicable to this change.The regression of nondestructive testing parameter of rebound,ultrasonic velocity,and damage parameter of compression strength is analyzed to give a conclusion that the strength figure of lining concrete caused by sulfate attack.

wet-dry cycles,sulfate,regression,strength figure

U451+.4

A

1008-3812（2017）04-006-04

2017-06-28

孙子玉 （1996— ），女，辽宁沈阳人。研究方向：材料化学。