材料組成對砂漿耐酸性能的試驗研究

董亞麗 DONG Ya-li

（中鐵十七局集團第四工程有限公司，重慶 404100）

（China Railway 17th Bureau Group 4th Engineering Co.，Ltd.，Chongqing 404100，China）

材料組成對砂漿耐酸性能的試驗研究

董亞麗 DONG Ya-li

（中鐵十七局集團第四工程有限公司，重慶 404100）

（China Railway 17th Bureau Group 4th Engineering Co.，Ltd.，Chongqing 404100，China）

采用酸性環(huán)境下加速試驗的方法，研究了材料組成對砂漿耐酸性能的影響。對不同水泥品種、灰砂比和外加劑在各個腐蝕階段砂漿的質(zhì)量變化和抗壓強度變化進行比較分析。結果表明：在pH=2的酸性環(huán)境下，普通硅酸鹽水泥砂漿和高抗硫酸硅酸鹽水泥砂漿的耐腐蝕能力比快硬硫鋁酸鹽水泥砂漿強；灰砂比大時，砂漿的耐酸性有所改善；在1年的侵蝕齡期內(nèi)，摻憎水劑的砂漿相比摻阻銹劑與密實劑的砂漿強度下降率小。

砂漿；膠凝材料；酸性環(huán)境；腐蝕；材料組成

0 引言

隨著科技與工業(yè)的飛速發(fā)展，混凝土結構受惡劣環(huán)境的腐蝕日趨嚴重，混凝土結構的耐久性、強度及其與鋼筋的粘結強度等基本性能在一定程度上被大大地削弱，進一步威脅到人們?nèi)罕姷纳敭a(chǎn)安全。通常情況下，混凝土材料都是呈現(xiàn)弱堿性或堿性，對酸性環(huán)境比較敏感。通過研究現(xiàn)有的資料，同時結合工程經(jīng)驗，進一步表明：酸類腐蝕在一定程度上惡化混凝土的性能，進一步加劇鋼筋的銹蝕程度，逐漸成為腐蝕混凝土結構的重要因素。在我國的內(nèi)陸地區(qū)、沿海地區(qū)，經(jīng)過調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，許多橋梁、隧道、大壩、廠房等工程均受到不同程度的酸侵蝕，進一步影響工程的安全運行。在混凝土中，水泥砂漿作為其中的一種主要成分，在對混凝土耐酸性能進行研究的過程中，通常情況下通過采用水泥砂漿開展相應的試驗，進而在一定程度上減少試驗的影響因素。因此，在酸性環(huán)境中，通過試驗研究組成材料對水泥砂漿力學性能影響規(guī)律，對于增強混凝土酸性條件下物理力學性能和耐久性是具有重要的意義的。

1 試驗原材料與實驗方法

1.1 實驗原材料

在進行本試驗的過程中，選用的水泥分別是：葛洲壩水泥廠生產(chǎn)的P.O42.5普通硅酸鹽水泥(OPC)、高抗硫酸硅酸鹽水泥(SRPC)和湖北孝感安達特種水泥有限公司生產(chǎn)的42.5級快硬硫鋁酸鹽水泥(SAC)；粉煤灰采用武漢陽邏電廠的I級粉煤灰；礦渣粉采用武漢鋼鐵集團公司生產(chǎn)的S95級磨細礦渣粉；磷渣粉為湖北宜昌興發(fā)集團生產(chǎn)的磷渣粉；碎石采用5～25mm連續(xù)級配石灰石質(zhì)碎石。

1.2 試驗方法

試驗過程中水泥砂漿試件尺的規(guī)格為40mm×40mm×160mm，每種配合比有6個試件。在標準養(yǎng)護室中，對試件進行24小時養(yǎng)護，然后浸入20℃自來水中進行28天的養(yǎng)護，取出試塊，晾至飽和面干測得其初始質(zhì)量。隨后將其浸入pH=2的硫酸溶液中，每天對溶液進行攪動使其均勻，確保試塊周圍保持相同的侵蝕環(huán)境，每7天更換溶液，且每隔一段時間（2天或3天）調(diào)試pH值至初始值。測其質(zhì)量、強度值等表征參數(shù)，同時觀測砂漿表觀形貌變化、酚酞法測砂漿的中性化深度。

本次試驗分別對水泥品種、材料配合比和外加劑材料進行測試，分別比較它們對砂漿耐酸性能的影響：通過對三種水泥品種的耐酸性能進行深入研究，分別為普通硅酸鹽水泥（OPC）、高抗硫酸鹽水泥（SRPC）以及快硬硫鋁酸鹽水泥（SAC），配合比見表1；材料配合比對耐酸性能影響試驗中，采用高抗硫酸鹽水泥在不同配合比下進行酸性腐蝕試驗，配合比見表2；外加劑對耐酸性能影響試驗中，采用密實劑、阻銹劑和憎水劑三種外加劑進行試驗。

表1 砂漿配合比（kg/m3）

表2 試驗砂漿配合比（kg/m3）

2 試驗結果

2.1 水泥品種對耐酸性能的影響

用硫酸溶液對相同水泥材料不同灰砂比的砂漿進行侵蝕試驗，在規(guī)定齡期測試砂漿的質(zhì)量以及強度變化。圖1為三種水泥砂漿侵蝕28天后外觀圖片。

2.1.1 質(zhì)量變化

測量三種水泥砂漿在不同齡期侵蝕后質(zhì)量，算出質(zhì)量損失率如表3所示。

由表3中可以得出：三種水泥砂漿在硫酸溶液中試驗一段時間后，質(zhì)量都會急劇下降；在耐酸性能方面，OPC和SRPC這兩種水泥之間表現(xiàn)出很大的相似性，SAC質(zhì)量在酸性環(huán)境下?lián)p失最大，所以其耐酸性能通常情況下是最差的。

圖1 三種水泥砂漿侵蝕后外觀（OPC→SRPC→SAC）

表3 pH=2時三種水泥砂漿的質(zhì)量損失率

2.1.2 強度變化

對于砂漿來說，通常情況下，其抗折強度主要：一方面受到砂漿本身性能的影響和制約，另一方面受到試塊表面狀態(tài)的影響和制約，由于這些因素的存在，使得抗折強度在一定程度上發(fā)生很大的波動性，沒有明顯的規(guī)律可循，在本文中，這里只通過砂漿的抗壓強度作為砂漿耐酸性能的評價參數(shù)，表4、圖2在一定程度上分別為三種砂漿在pH=2的硫酸環(huán)境下經(jīng)歷不同時間的侵蝕后的抗壓強度結果。

表4 pH=2時，三種水泥砂漿的相對抗壓強度結果(MPa)

圖2 pH=2時，砂漿抗壓強度變化

由表4和圖2可以得出：在試驗的中早期，雖然砂漿強度都會出現(xiàn)一定程度的增加，這是因為，在試驗過程中，部分未完全水化的水泥顆粒在一定程度上繼續(xù)水化生成更多的水化產(chǎn)物，進一步填充了基體內(nèi)部的空隙，使得密實度逐漸增加，暫時性地提高了混凝土的強度；在長期侵蝕性環(huán)境下，水泥各種水化產(chǎn)物會發(fā)生結構變化，導致強度性能的劣化；在硫酸溶液中，OPC表現(xiàn)出比SRPC砂漿稍好的耐酸性能，SAC砂漿表現(xiàn)出最差的耐酸性能。

2.1.3 中性化深度

采用酚酞法粗略測試砂漿的中性化深度。結果顯示：126天時，對于普通硅酸鹽水泥砂漿來說，中性化深度約為1.74mm，占截面寬度的8.7%；SRPC約為1.34mm，SAC砂漿的截面積由原來的40×40mm2變化到35.3×36.1mm2；如圖3所示。

圖3 不同砂漿斷面情況(紅色為酚酞遇堿所呈紅色)

2.2 灰砂比對耐酸性能的影響 采用相同的侵蝕方法，用硫酸溶液對相同水泥材料不同灰砂比的砂漿進行侵蝕試驗，在規(guī)定齡期測試砂漿的質(zhì)量以及強度變化，所得表5為砂漿抗壓強度值，圖4與圖5分別為砂漿的質(zhì)量變化率和強度變化率曲線。

表5 砂漿抗壓強度值(MPa)

圖4 砂漿質(zhì)量變化

圖5 砂漿強度變化

由表5、圖4和圖5可知：在硫酸環(huán)境下，各砂漿的質(zhì)量一直在減??；對于砂漿的強度來說，先是增加，但是隨著酸性的侵蝕，進而在一定程度上造成砂漿強度的損失速率超過因水泥繼續(xù)水化強度增加速率時，砂漿強度進一步表現(xiàn)為下降；一個混合體，砂漿通常情況下是由水泥、水與砂共同組成，并且存在一個最佳的搭配比例，并非水泥用量越大砂漿的初始強度就越高。

2.3 外加劑對耐酸性能的影響

表6為摻不同種類外加劑的砂漿在侵蝕1年內(nèi)抗壓強度測定值，圖6為其衰退速率對比圖。

表6 摻外加劑混凝土的強度（MPa）

圖6 不同外加劑對混凝土耐酸性影響

通常情況下，三種防腐劑對混凝土的耐酸性的影響存在差異，但是這種差異比較小。其中，憎水劑相對較好，其原因是混凝土中加入憎水劑后，在混凝土內(nèi)部孔隙的表面存在著憎水成，進而使得混凝土表面的張力在一定程度上增大，外界腐蝕性介質(zhì)滲入混凝土的速率被進一步降低，混凝土性能衰退速率得到有效的延緩。

3 結論

①在pH=2的酸性環(huán)境下，OPC和SRPC的耐腐蝕能力要強于SAC砂漿。故酸性環(huán)境下不能夠使用快硬硫鋁酸鹽水泥。

②灰砂比從1：3上升到1：1.5時，經(jīng)歷164天pH=2的硫酸侵蝕后，砂漿的抗壓強度損失率從52.4%降為26%。

③憎水劑的效果相對較好，在1年的侵蝕齡期內(nèi)，相比摻阻銹劑與密實劑的混凝土，強度下降率較小。

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Experimental Study on the Acid Resistance of the Material Composition of Mortar

This paper studies on the effect of material in the acid resistance of the mortar by the experiment in acidic environment.The experiment uses different varieties of cement,cement-sand ratio and additives to compare the quality and compressive strength in various stages of various stages of corrosion.The results showed that:In the acidic environment of pH=2,ordinary cement mortar cement mortar and anti-acid corrosion resistance faster than a hard and strong sulfur aluminate cement mortar;it would improve acid resistance when the cement-sand ratio is larger;in the one year period,the decreased rate of mortar strength mixed with water repellent is lower than mixed with rust resistance and compacting agent.

mortar；cementations materials；acidic environment；corrosion；material

董亞麗（1979-），女，吉林長春人，畢業(yè)于吉林省北華大學，研究方向為施工技術。

TU502

A

1006-4311（2014）11-0090-03