含硫酸盐骨料导致混凝土工程蚀毁的试验研究

摘 要 混凝土材料的耐久性研究受到普遍关注，我国东部沿海地区和西部盐碱地带含有很多硫酸盐，当混凝土与自然环境中含有硫酸盐的水或土壤接触时，SO42-进入混凝土中造成侵蚀，且对混凝土来说这种硫酸盐侵蚀往往同时伴随着干湿循环、长期浸泡等环境因素影响。对混凝土的耐久性是致命性的破坏。因此，本文进行混凝土抗硫酸盐试验研究，以期为混凝土的耐久性和工程中广泛应用提供试验基础。

关键词 硫酸盐;混凝土;侵蚀;试验

引言

20世纪90年代以来，混凝土结构的耐久性问题已经引起了国家和技术界的重视。近海及滨海地区由于其地理位置及所处环境特殊性，混凝土建设和使用环境较为恶劣，混凝土结构多会遭受严重的硫酸盐侵蚀，导致混凝土结构物的破坏[1]。

基于此，本文通过实验模拟硫酸盐侵蚀干湿循环作用下不同水胶比、不同配合比下混凝土的表观特征、质量变化规律、抗渗性等宏观力学性能指标以及孔结构等微观性能指标来揭示混凝土在硫酸盐侵蚀共同作用下混凝土性能演变机理。

1试验设计与方法

1.1 混凝土配合比以及试件的制作

本次實验采用水胶比0.32（A-0、A-F、A-FM、A-M）、0.38（B-0、B-F、B-FM、B-M），共计8个配合，其配合比详见表1。做好前期准备后开始进行干湿循环试验。

1.2 试验方法

为了研究硫酸根离子对混凝土的侵蚀机理，本文采用3%的Na2SO4溶液作为混凝土侵蚀溶液。

混凝土试件标准养护28d后，取出放入（50±5）℃烘箱中烘24h，烘干结束后将试件在干燥环境中冷却到室温;

冷却后的试件放入试验容器后，将配置好的质量分数为3%的Na2SO4溶液倒入试验容器中，确保溶液至少超过试件上表面20mm。

试件浸泡48h后取出，在温度为（50±5）℃的烘箱中烘干22h后取出冷却2h至室温，即为一个循环。每个循环时间为36h。在循环过程中定期更换硫酸钠溶液以确保溶液质量分数不变从而避免实验误差。

2试验结果及其分析

2.1 混凝土表观损伤

混凝土试件在标准养护28d还未进行干湿循环时混凝土试块表面完整，各部分棱角线条清晰;在进行30次干湿循环后混凝土试件表面覆盖一层盐皮，这是由于，硫酸根离子渗入混凝土试件内部与水泥水化产物进行化学反应生成膨胀性产物，并且在这个过程中还伴有物理侵蚀，当试验试件处于干燥状态时，混凝土内部盐溶液由于蒸发作用，水在混凝土中发生迁移，导致盐溶液浓度急剧增大，当混凝土中的溶液达到超饱和状态后出现盐析现象[2]。当试验试件循环60次时试件表面部分水泥浆体出现了剥落、微裂纹，并且随着侵蚀的不断进行，试件表面水泥浆体剥落、微裂纹现象愈加明显。当循环次数到100次时试件表面出现坑蚀现象，表面出现许多凹坑严重影响了试件表面的平整性，表面裂纹逐渐贯通，出现沙化现象，骨料外露现象越来越严重，局部出现完全剥落现象[3]。

2.2 混凝土质量变化规律

试验中不同配合比混凝土试件质量随循环次数呈现相同的变化规律，其可分为3个阶段：质量迅速增大阶段;缓慢变化阶段;迅速下降阶段。

在侵蚀前期（循环次数0～40次）由于环境中的硫酸根离子与水泥水化产物反应生成水化硅酸钙胶凝等膨胀性物质，填充了混凝土内部的孔隙，使得混凝土密实度得以提高，导致混凝土质量迅速增长;在循环次数为40～50次之间时试件质量发生缓慢变化;侵蚀后期（循环次数50～100次），混凝土试件中的氢氧化钙和水化硅酸钙等水化产物逐渐从表面分解、溶出，破坏了混凝土结构，使得表层砂浆大面积沙化造成表面剥蚀现象严重，试件质量迅速下降。

2.3 混凝土抗渗性研究

混凝土电通量随循环次数变化规律，循环次数在0到10次之间，A-0、A-F、A-FM、A-M电通量急速下降，分别下降了50.4%、67.5%、70.94%、74.2%，下降幅度大小关系为A-M>A-FM>A-F>A-0。在干湿循环20至30次时，电通量分别达到最低点，而在最低点处的大小关系为A-0>A-F>A-FM>A-M，之后开始缓慢上升。这是由于A-0中未添加矿物掺和料，所以孔隙、连通孔较多，而矿物掺和料矿粉和粉煤灰的掺入能有效地优化混凝土的孔隙，其中尤以矿粉在优化孔隙方面的性能更为突出。

在后期缓慢上升阶段，大水胶比混凝土中的粗孔隙更容易被破坏后与其他孔隙形成连通孔。所以低水胶比混凝土更适用于硫酸盐侵蚀环境。

3结束语

综上所述，混凝土工程在硫酸盐侵蚀下容易出现性能问题，因此，对混凝土结构在硫酸盐侵蚀下的耐久性的研究意义重大，也是未来研究的趋势。本文中对混凝土抗硫酸盐侵蚀进行试验分析，以期能够提供一定帮助。

参考文献

[1] 姜磊.硫酸盐侵蚀环境下混凝土劣化规律研究[D].西安建筑科技大学，2014.

[2] 梁永宁.掺和料对混凝土抗硫酸盐侵蚀能力的影响[J].混凝土，2011，（2）：63-64.

[3] 李文霞.干湿-冻融交替作用下混凝土受硫酸盐侵蚀研究[J].混凝土，2017，（5）：12-14.

作者简介

李海涛（1975-），男，湖南邵阳人;职称：工程师，现就职单位：湖南中大检测技术集团有限公司，研究方向：公路水运工程试验检测。