硫酸盐侵蚀下防腐剂对混凝土防腐效果对比

刘 浩，张建业，丁俊勇

(江苏苏博特新材料股份有限公司，高性能土木工程材料国家重点实验室，江苏 南京 211103)

1 概述

抗硫酸盐侵蚀性能是混凝土耐久性研究工作的重要内容[1-3]。常见的抑制硫酸盐腐蚀的方法主要是掺加矿物掺合料、防腐剂[4]。Al-Dulaijan S等[5]指出：相比于抗硫酸盐水泥的使用，掺入20%的粉煤灰对砂浆抗硫酸盐腐蚀性能的提升效果更好。青岛理工大学杨本菊[6]的研究表明，防腐剂的加入有利于混凝土强度以及抗硫酸盐侵蚀性能的提升。

本文通过实验室加速循环制度来模拟常见的硫酸盐侵蚀环境，对基准混凝土和掺液体防腐剂混凝土的相关性能进行了对比，分析了防腐剂的作用效果，以其指导该产品的使用。

2 试验

2.1 原材料

1)水泥：P.O42.5级水泥，其物理性能和化学成分见表1,表2。

表1 水泥的物理性能

表2 水泥化学成分的质量分数 %

2)粉煤灰：Ⅰ级灰，比表面积为382 m2/kg，密度2.12 g/cm3，其化学成分见表3。

表3 粉煤灰化学成分的质量分数 %

3)矿粉：其化学成分见表4。

表4 矿粉化学成分的质量分数 %

4)砂：机制砂，细度模数2.92，其级配区筛分曲线见图1。

5)碎石：采用5 mm～25 mm连续级配花岗岩碎石，压碎值10.5%。

6)外加剂：PCA@-Ⅰ 型聚羧酸高性能减水剂，SBT®-RMA(Ⅲ)混凝土液态防腐剂，均由江苏苏博特新材料股份有限公司研发。

7)水：拌合用水采用清洁的民用自来水。经检测，所有原材料均满足相关标准要求。

2.2 混凝土配合比及试验方法

混凝土配合比如表5所示。

表5 混凝土配合比 kg

参照GB/T 50082—2009中抗硫酸盐侵蚀试验方法，基于模拟加速腐蚀模型，确定试验条件：成型1 d后拆模，置于50 ℃水中养护7 d；采用烘箱60 ℃烘干48 h、室温冷却6 h，10%Na2SO4溶液浸泡90 h。之后对应第0天，第7天，第14天，第28天循环天数后，从每一编号试样中取出100 mm×100 mm×100 mm试件进行轴心抗压强度测试，并计算腐蚀溶液中试件的抗压强度耐腐蚀系数和净强度变化。

3 结果与讨论

3.1 掺液体防腐剂对新拌混凝土状态的影响

3.1.1 净浆流动度

通过净浆试验考察液体防腐剂与水泥的适应性如下:

第一组称取300 g水泥，87 g水，减水剂3.6 g，测得水泥净浆初始扩展度210 mm，1 h扩展度250 mm。

第二组称取300 g水泥，60 g水，减水剂3.6 g，防腐剂27 g，测得水泥净浆初始扩展度220 mm，1 h扩展度260 mm。

净浆试验表明，防腐剂的添加，对水泥净浆扩展度无不利影响，不存在适应性问题(见图2)。

3.1.2 新拌混凝土状态

按照表1所示配合比，实验室搅拌混凝土15 L，观察掺与不掺液体防腐剂的混凝土初始和易性及经时状态变化，考察液体防腐剂对新拌混凝土状态的影响。

通过表6可知，液体防腐剂的掺加，对混凝土状态没有不利影响，混凝土初始坍落度及扩展度、1 h经时损失以及含气量均变化不大。

表6 新拌混凝土状态

3.2 掺液体防腐剂对混凝土抗压强度的影响

图3为10%硫酸盐溶液中基准混凝土、掺防腐剂混凝土抗压强度随着腐蚀龄期增加的变化趋势。可以看出，与基准混凝土相比，掺防腐剂的混凝土早期强度有所波动并出现小于基准混凝土的现象，而后期强度会接近甚至会超过基准混凝土，这验证了防腐剂的防腐效果。

3.3 掺防腐剂对混凝土质量变化的影响

质量变化率是指混凝土经过若干循环侵蚀作用后，每次干湿循环前后的质量差值与干湿循环之前的初始质量之比。

图4为10%硫酸盐溶液中基准混凝土、掺防腐剂混凝土质量变化率的变化趋势。如图4所示，随着龄期的增加，掺防腐剂混凝土质量变化率小于基准混凝土。

防腐剂的添加，有效的抑制了硫酸盐腐蚀，混凝土表面剥蚀比较轻微，且钙矾石生成较少、晶粒偏小，结构也较为平整。

3.4 掺防腐剂对混凝土微结构的改善效果分析

混凝土宏观侵蚀破坏的根本原因在于水泥石微观结构的变化，研究混凝土微观结构变化的常用手段是扫描电子显微镜。对腐蚀后的混凝土进行微观分析。待混凝土轴心抗压强度试验，混凝土试块破碎之后，从破碎试块中取样、剔除石子。用酒精终止水泥水化后，将试样在45 ℃真空干燥箱中干燥48 h，作为扫描电镜试样。

图5为硫酸盐溶液中基准混凝土、掺液体防腐剂混凝土加速循环腐蚀至30 d时的扫描电子显微镜形貌图。从图中可以看出，基准混凝土和掺液体防腐剂混凝土的孔结构存在明显差异，掺液体防腐剂混凝土的Ca(OH)2，AFt生成较少，且晶粒偏小[7-8]，混凝土内部结构更加密实。从而验证了液体防腐剂对混凝土抗硫酸盐性能的提升是有利的这一结论与现有的一些研究成果一致[9]。

4 结语

1)液体防腐剂的添加，对水泥净浆流动度影响不大，表明与该水泥适应性良好；对混凝土和易性及经时状态影响不大。

2)掺防腐剂的混凝土的孔结构明显细化，有效的抑制了硫酸盐腐蚀，混凝土表面剥蚀比较轻微，且钙矾石生成较少、晶粒偏小，结构也较为平整，具有防腐效果。