硫酸盐侵蚀对再生混凝土耐久性的影响研究

2022-02-25尹迪

四川水泥 2022年2期

关键词：硫酸盐伸长率损失率

尹迪

（沧州交通学院，河北黄骅 061199）

0 引言

1 影响再生混凝土耐久性的因素

再生混凝土的耐久性主要包括碳化因素、抗冻融性、抗渗性能、氯离子渗透性和抗硫酸盐侵蚀性等几大方面，其中抗硫酸盐侵蚀性是考察再生混凝土耐久性的重要指标，因此对再生混凝土抗硫酸盐侵蚀性的研究具有重要的意义。

影响硫酸盐侵蚀再生混凝土的因素比较多，一方面是再生混凝土的自身因素影响，例如再生混凝土自身的性质、其他添加物的配比等；还有一方面还有外部因素的影响，例如硫酸盐的浓度，养护条件等。因此对硫酸盐的侵蚀性研究需要从多方面考察，来确保对再生混凝土耐久性影响研究的全面性和准确性[1]。

2 试验原材料和试验方法

2.1 试验原材料的选择

2.1.1 水泥的选择

本次试验选择的水泥为普通硅酸盐水泥P·O42.5，厂家是大连新虎水泥企业集团，水泥性能指标如表1所示。

表1 水泥的性能指标

2.1.2 骨料的选择

再生混凝土：试验使用的再生粗骨料来自黄骅市某中学教学楼拆除的废旧混凝土，已经经过破碎、清洗、筛分和预湿处理。

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细骨料：选用的是天然河砂，属于中砂，表观密度是2.591g/cm3，细度模数是2.72，含泥量1.88%。

天然粗骨料：天然粗骨料选用的是颗粒级配良好的碎石。两种粗骨料的性能指标如表2所示。

表2 各粗骨料的性能指标

2.1.3 粉煤灰的选择

粉煤灰选用的是黄骅市兰天热力发电厂产的I级粉煤灰，粉煤灰的各项性能指标如表3所示。

表3 粉煤灰的性能指标

2.2 试验方案

2.2.1 试件的制备

将再生粗骨料依照不同取代率配置成再生混凝土拌合物，再生混凝土的取代率设定为0、20%、50%和100%，分别记为A0、A20、A50、A100。并依据GB/T50082—2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》，将配置好的再生混凝土拌合物制作成100mm×100 mm×100mm的立方体试件，脱模后标准条件下（20℃±2℃，RH≥95%）养护28d。具体配比见表4所示。

表4 再生混凝土中各物质配合比

2.2.2 试验方法

本试验所采用的实验方法是干湿循环法，将上述试件放进干湿循环试验机中的浓度为5%硫酸钠溶液中，浸泡3d，然后取出晾干3d，如此为一个干湿循环。每进行25次干湿循环试验对再生混凝土试件的重量和相对动弹模量进行一次检测，每进行50次干湿循环试验对再生混凝土试件的抗压强度和劈拉强度进行检测[2]。

3 试验结果与分析

3.1 质量损失率的变化

在上述4组试件分别进行25、50、75、100、125、150次干湿循环试验之后，分别测定每组试件重量的变化，就可以计算得到再生混凝土试件受硫酸盐侵蚀之后质量损失情况，质量损失率的计算公式如下：

式中：

Kn——进行干湿循环试验之后试件的质量损失率，%；

M0——试件初始测试重量，kg；

Mn——试件在n次干湿循环试验结束之后的重量，kg。

最终可以得到再生混凝土试件受硫酸盐腐蚀变化情况见图2。

图2 不同配比下再生混凝土试件质量损失率变化曲线

从图2可以看出，在75次干湿循环试验结束后，4组不同配比的再生混凝土试件质量损失率都比较低，说明此时构件重量变化不明显，且以A0质量损失率最小，为0.10%；随后继续增加干湿循环试验的次数后，各组质量损失率变化的幅度增大，说明各组再生混凝土试件重量变化都比较大，其中A100质量损失率最大，为1.51%；其次分别是A50和A20，质量损失率分别是1.10%、0.92%。质量变化的原因是硫酸盐侵蚀导致再生混凝土粘结力下降，而且干湿循环试验的温度是80℃，两种原因共同作用导致再生混凝土的表面砂浆被破坏，从而出现质量损失。数据显示再生粗骨料配比越高，质量损失得就越多，而且在干湿循环试验75次之后，损失速率也会越快。

3.2 相对动弹模量的变化

再生混凝土的相对动弹模量计算公式如下：

式中：

Pn——经过n次干湿循环试验后再生混凝土试件的相对动弹模量，%；

fn——n次干湿循环试验后试件自振频率，Hz；

f0——未进行干湿循环试验前试件自振频率初始值，Hz。

最终得到4组再生混凝土试件相对动弹模量变化情况，如图3所示，随着干湿循环试验次数的增加，4组再生混凝土试件的相对动弹模量都呈下降趋势，且下降趋势都比较明显，其中A100下降的数值最多，在经过150次干湿循环试验后，再生混凝土试件的相对弹性模量下降至59.20%，而A0下降得最少，为85.11%。从数据上来看，再生粗骨料添加得越多，相对弹性模量下降得越快，而未添加再生粗骨料的A0试件虽然也有所下降，但整体下降幅度远小于其他3组。分析原因是混凝土在硫酸盐溶液中浸泡，SO42-会进入到混凝土内部，与氢氧化钙和水化碳酸钙等物质发生反应，使得混凝土内部的膨胀性内力增大，混凝土发生开裂，抵抗弹性变形能力下降。而加入再生粗骨料之后，再生粗骨料的孔隙率远高于天然粗骨料，因此SO42-会更容易进入到混凝土的内部，侵蚀程度和内部损伤程度都会远远高于普通水泥，所以A20、A50、A100试件的相对动弹模量下降幅度都比较大[3]。

图3 不同配比下再生混凝土试件相对动弹模量变化曲线

3.3 抗压强度的变化

混凝土抗压强度代表了混凝土的承载能力，是混凝土单位面积所能承受的最大压力。从图4可以看出，当干湿循环试验次数达到50次时，4组试件的抗压强度出现了小幅度提升的情况，而随着干湿循环试验次数的增加，4组试件的抗压强度又开始下降，且下降的趋势都比较明显，其中A100下降得最多，抗压强度下降至21.25MPa，下降百分比为28.88%；A0下降得最少，为19.77%，A20和A50下降百分比分别为22.30%、26.09%。这说明在干湿循环试验次数达到150次后，A50和A100试件已经被破坏，也就是说再生粗骨料的添加会使受硫酸盐侵蚀的混凝土出现抗压能力下降问题，添加得越多，抗压强度下降得越明显[4]。

图4 不同配比下再生混凝土试件抗压强度变化

3.4 伸长率的变化

图5数据显示，在干湿循环试验次数0～50次之间，4组试件的伸长率基本无变化；而在干湿循环试验次数50-100次之间，4组构件的伸长率都有了小幅度提升，A0、A20、A50、A100伸长率分别为0.03%、0.06%、0.08%、0.13%；在干湿循环试验次数100-150次之间，伸长率开始大幅度上升，最终A0、A20、A50、A100伸长率分别是0.15%、0.18%、0.20%、0.40%。这说明混凝土的伸长率随着再生粗骨料的增加而增长，分析原因是再生混凝土的孔隙率比较大，容易受硫酸盐腐蚀，而硫酸盐腐蚀会产生一定的内部膨胀力，使得再生混凝土的体积膨胀，因此混凝土的伸长率也随之增加。