养护温度及方式对含石膏白云岩骨料成型的砂浆试件膨胀率的影响

2018-11-05邢志水平若霏

江苏建材 2018年5期

邢志水，平若霏

（1.中水北方勘测设计研究有限责任公司,天津 300222；2.中国农业银行客户服务中心,天津300000）

0 引言

内部硫酸盐侵蚀是来自混凝土内部的硫酸盐（含石膏的骨料、钙矾石热分解或C-S-H表面吸附的硫酸盐）造成的硫酸盐侵蚀。在室温条件下，混凝土原材料中硫酸盐或能转化成硫酸盐的硫化物含量过高时，可能引发内部硫酸盐侵蚀，可能引入硫酸盐或硫化物的原材料有水泥、骨料和拌和水等。本文选用某工程现场采集的含石膏白云岩，经破碎成细骨料，成型砂浆试件，试验研究不同养护条件对砂浆试件膨胀率的影响，并对类似工程中就地取材岩石的应用提出建议。

1 试验材料与方法

1.1 试验材料

1.1.1 水泥熟料

选用芜湖海螺水泥有限公司生产的水泥熟料，C3A含量为10.38%，经球磨机粉磨至比表面积为370 cm2/g。水泥熟料化学成分见表1。

1.1.2 含石膏白云岩骨料

我国某隧道工程在施工过程中，开挖山体，揭示出含石膏岩石，岩石断面可见清晰的白色石膏富集区。

取含石膏岩石研磨，进行化学分析，结果显示：岩石SO3含量为24.16%，岩石X-射线衍射分析结果见图1，岩石主要矿物组成为石膏和白云石。本文将此种岩石命名为含石膏白云岩，以此种岩石破碎而成的骨料为含石膏白云岩骨料。

图1 含石膏白云岩的XRD谱图

将从该隧道工程现场取来的含石膏白云岩石块用颚式破碎机破碎成细骨料。细骨料依据GB/T 14684-2011《建筑用砂》标准进行筛分，成型砂浆选用粒径小于1.18 mm的各级细骨料，见表2。

表1 水泥熟料的化学成分（wt./%）

1.1.3 水

选用实验室自来水。

1.2 试验方法

砂浆配合比为 C∶S∶W=600∶1 650∶360，W/C=0.6。依据GDIT 749-2008《水泥抗硫酸盐侵蚀试验方法》标准成型四组砂浆试件，试件尺寸为10 mm×10 mm×60 mm。砂浆成型24 h后拆模，所有试件实验室自然养护28 d后，一组继续在20℃下自然养护，一组转入5%的Na2SO4溶液中密封养护，温度为20℃，两组转入在蒸馏水中密封养护，养护温度分别为20℃和40℃。

2 试验结果与分析

2.1 温度和养护方式对含石膏白云岩骨料水泥砂浆膨胀率的影响

图2是含石膏白云岩骨料砂浆试件不同养护条件下不同龄期的膨胀率。从图2中可见，自然养护条件下水泥砂浆表现为收缩，早期收缩速率较快，后期趋于平稳，300 d收缩率达到0.17%；水养护和溶液养护的水泥砂浆吸水膨胀速率都很快，浸泡2 d就补偿了自然养护28 d造成的收缩，并开始产生膨胀；20℃和40℃养护温度条件下，水泥砂浆膨胀率逐渐增大，早期增长较快，后期趋于平稳，300 d膨胀率分别达到0.149%和0.163%；Na2SO4溶液对水泥砂浆膨胀率的在早期影响不明显，后期影响较大，约180 d后，Na2SO4溶液养护的水泥砂浆的膨胀率超过了40℃水养护的水泥砂浆的膨胀率，300 d膨胀率达到0.236%，且有继续膨胀的趋势。

2.2 水泥砂浆中的矿物组成

图3为龄期为300 d的含石膏白云岩骨料水泥砂浆粉末XRD谱图。由图3可见，除了含石膏白云岩骨料引入的石膏和白云石外，20℃Na2SO4溶液养护、20℃和40℃水养护的砂浆内均生成了钙矾石，钙矾石可能是水泥砂浆样膨胀的主要原因。

表2 砂浆成型所用细骨料颗粒级配

图2 不同养护条件下砂浆不同龄期的膨胀率

图3 龄期为300 d的含石膏白云岩骨料水泥砂浆粉末XRD谱图

3 讨论

混凝土内部硫酸盐侵蚀的发生需要三个决定因素：微裂纹、后期硫酸盐的释放及水的存在。界面过渡区是混凝土内部的薄弱环节，是水介质和离子传输的通道。养护水通过界面过渡区、微裂纹和其他薄弱环节渗透到砂浆试件内部，溶解了含石膏白云岩骨料中的石膏，硫酸根与水泥水化产物发生物理化学反应，在砂浆内生成膨胀型硫酸盐侵蚀产物钙矾石，造成砂浆试件膨胀率的发展。硫酸根与水泥水化产物发生物理化学反应速率受温度和硫酸盐浓度的影响，较高的温度和浓度加快砂浆试件膨胀率的发展。选取此类含石膏白云岩石用于混凝土工程，在潮湿环境下，很可能发生内部硫酸盐侵蚀，造成工程破坏。