对国家标准GB/T 50082—2009抗硫酸盐侵蚀试验方法的探讨

潘义为 李守通 张振洲

(水利部建设管理与质量安全中心，北京 100038)

混凝土的抗硫酸盐侵蚀性能是盐渍土地区混凝土结构的重要性能之一。国家标准《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》(GB/T 50082—2009)[1]对抗硫酸盐侵蚀试验方法进行了详细规定，为混凝土抗硫酸盐侵蚀性能评价和工程混凝土配合比设计奠定了基础，保证了硫酸盐盐渍土地区工程施工、质量评价和健康服役的各环节工作有据可依。然而，通过多年来的实践检验，以及结合相关文献报道的内容，笔者发现，该标准规定的硫酸盐侵蚀试验方法存在一些不合理之处。目前，《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》(GB/T 50082—2009)已被列入修编计划。本文通过试验研究和相关文献报道的内容，简单提一些初步的设想，希望能对标准修编提供参考。

1 混凝土硫酸盐侵蚀机理

硫酸盐侵蚀过程发生的条件：结构混凝土具有渗透性；环境中硫酸盐的含量超标；水或潮湿条件。

2 标准规定的试验方法

国家标准规定的抗硫酸盐侵蚀试验方法适用于混凝土试件在干湿交替环境中，以能够经受的最大干湿循环次数来表示混凝土抗硫酸盐侵蚀性能。试验步骤和方法详见文献[1]。满足标准规定的试验方法的设备市面有售(见图1)。

图1 市售抗硫酸盐侵蚀试验机

3 标准规定的试验方法探讨

3.1 浸泡方式

工程实践表明，混凝土在硫酸盐侵蚀水质中腐蚀最快的往往是水位变化干湿交替区，此区域由于具有强烈的水分蒸发作用，在“灯芯效应”作用下，侵蚀性物质被提拔到液面以上，与混凝土水化产物发生二次反应，加上自身的干燥结晶和上部结构的约束，形成强烈的膨胀结晶压力，导致微裂缝和破坏发生[3]。国标中规定浸泡阶段采用全部淹没的方式，要求溶液液位高于混凝土试件表面20mm以上，这与混凝土的实际服役状态差别较大。尽管采用干湿循环浸泡方式在一定程度上模拟了受腐蚀混凝土结构在水位变化区劣化最为严重的情况，却忽视了“灯芯效应”。实际上，由于灯芯效应的作用，水分蒸发区形成高浓度硫酸盐溶液，该溶液与水泥水化产物接触生成侵蚀产物才是导致混凝土破坏的主要原因。

近年来，专家学者为了最大程度模拟工程实际状况，通常采用半浸泡试验方法进行混凝土的抗硫酸盐侵蚀试验。如刘晋艳等[4]针对掺硅粉C50混凝土进行的干湿循环试验。

图2 刘晋艳等半浸泡试验50次循环效果(水胶比0.40，强度等级C50)

3.2 烘干温度

混凝土硫酸盐侵蚀试验烘干过程的温度尚有较大争议。标准中规定烘干温度为80℃，保温6h。这一方面是为了加速化学反应进程，起到加速破坏的作用；另一方面是为了加速试件的干燥速度，使试件在较短时间内趋于干燥，增加下一个循环浸泡过程的吸水量。已有的干湿交替硫酸盐侵蚀研究中采用的干燥条件和时间相差很大，如牛全林[6]采用80℃烘干6h，M.T.Bassuoni et al.[7]采用40℃干燥48h，金祖权[8]采用60℃烘干48h，姜磊等[9]采用室温下干燥8d等。

标准中规定烘干温度为80℃，保温6h。按照标准试验方法，试验由浸泡转入烘干状态后，腐蚀箱内温度在30min内升高至80℃，混凝土试件内部仍存有大量水分。此时，混凝土在高温和水分共同作用下，水化反应加速进行，容易造成循环次数较少时，受腐蚀混凝土的强度比养护室标养的对比试件还要高的情况，对抗侵蚀等级较低的混凝土评价不够准确。高性能混凝土的掺和料如粉煤灰等掺量较大，高温条件下二次水化反应过程加快。温度高虽能加速试验过程，但与实际环境不太相符，且高温烘干会对混凝土中侵蚀产物产生影响，从而改变混凝土的损伤劣化机理。Lawrence et al.[10]认为，为有效避免钙矾石结构失稳，最高允许温度为65～70℃之间，AFt大约在70℃分解。标准规定的烘干温度80℃，已大幅超过AFt的分解温度。

3.3 浸泡时间与烘干时间

大量研究表明，作为一种多孔材料，混凝土的吸水速度快而烘干速度慢。由于烘干温度不能过高，要使混凝土达到一定的干燥状态，烘干时间就要延长。同样是混凝土的干燥过程，采用的干燥温度不同，干燥速率和散失水分形式便不同。从图3[11]可见，混凝土在不同温度下的干燥速度明显不同，在60℃条件下，30h内的含水率一直处于快速降低过程中，且没有收敛趋势；在85℃条件下，50h的含水率一直处于快速降低过程中，且没有收敛趋势。由此可见，在85℃以下短期内进行的试件烘干很难使试件完全或接近完全干燥。因此，延长试件烘干过程的时长显得十分必要。

从不同种类混凝土的吸水率—时间关系(见图3、图4)可以看出，混凝土在10h内基本上吸水率已趋于稳定，而国家标准规定浸泡时间需要超过15h，延长了试验时间。

图3 混凝土在不同温度下的含水率—时间曲线

图4 不同种类混凝土的吸水率—时间试验结果

更进一步，采用时间控制给试验检测和相关研究带来了很大的波动性，因为混凝土干湿循环侵蚀试验中，相同时间内，不同配合比的混凝土试件在相同深度处的温湿度大不相同。大量研究表明，混凝土试件具有吸水快、干燥慢的性质。如果以时间来控制侵蚀试验中的干燥和浸泡过程，当干燥时间过短时，混凝土的干燥程度过低，加快不了劣化速度。当浸泡时间过长时，不仅混凝土的干燥深度增长缓慢，而且浪费时间，并不能加快试件的劣化速度。迄今为止尚未找到一种较为合理且统一的干湿循环制度，不同学者所采用的干湿循环制度差异性与随意性均很大，一般均采用时间作为控制对象，只设定试件的干燥、浸泡以及升温、保温、降温、冷却等阶段的时间，而忽视了干燥、浸泡以及升温、保温、降温、冷却，目的是使试件内部达到一定的湿度和温度，导致试验结果可比性和重现性差。

4 结 语

混凝土的硫酸盐侵蚀试验作为混凝土耐久性能的基本试验之一，在评价盐渍土地区和海工混凝土的耐久性能方面具有重要意义。室内加速试验需要遵守不改变劣化机理、重现性高、评价指标敏感等原则，本文针对国家标准中的抗硫酸盐侵蚀试验方法存在的问题进行了初步分析，并结合实践经验和文献研究成果提出了一些初步的想法。当然，标准的修编影响范围广、影响程度大，需要充分听取行业意见，认真求证，才能使新修订的标准更符合实际情况。