抗硫酸鹽侵蝕防腐劑對混凝土性能影響

李　響,杭美艷,郝小龍,王樹奇

(1.內蒙古科技大學,包頭　014010；2.包頭市安順新型建材有限公司,包頭　014010)

?

抗硫酸鹽侵蝕防腐劑對混凝土性能影響

李響1,杭美艷1,郝小龍2,王樹奇2

(1.內蒙古科技大學,包頭014010；2.包頭市安順新型建材有限公司,包頭014010)

在相同配合比條件下，選用三種不同性能的水泥配制混凝土，研究不同種類膠凝材料對混凝土的工作性能、力學性能以及抗侵蝕性能的影響。通過SEM掃描電鏡觀察混凝土3 d、7 d、28 d的漿體—骨料界面過渡區的微觀結構以及水化產物形貌。試驗結果表明：摻入10%SSP防腐劑后，混凝土的工作性能、力學性能均優于基準和抗硫酸鹽水泥混凝土。水泥水化后期，漿體—骨料界面過渡區很難區分，水化產物增多。SSP防腐劑可以促進水泥的水化程度，生成較多的鈣礬石和C-S-H凝膠，使結構更致密，提高混凝土的抗侵蝕性能。

防腐劑； 抗侵蝕性能； 界面過渡區； 水化產物

1　引　言

2　試　驗

2.1試驗原材料試驗設備

圖1　高分子結構保水效應示意圖Fig.1　Water retention effect of polymer structure

水泥：PO42.5普通硅酸鹽水泥，細度(45 μm方孔篩)為4.5%，標準稠度用水量為26.6%，28 d抗壓強度為52.1 MPa；抗硫酸鹽硅酸鹽水泥，細度(45 μm方孔篩)為4.1%，標準稠度用水量為25.8%，28 d抗壓強度為53.4 MPa。水泥化學成分見表1所示；

水：自來水，符合JGJ63-2006要求；

砂：河砂，細度模數為2.3，含泥量2.2%；

石子：粒徑在5～25 mm內連續級配碎石；

減水劑：包頭鋼鹿公司生產的GL-JB4萘系高效減水劑，包含引氣組分、減水組分等；

防腐劑：包頭鋼鹿公司生產的GL-SSP抗硫酸鹽侵蝕防腐劑，包含密實組分、高分子組分、減水組分等。其技術性能指標見表2所示，高分子保水效應見圖1所示。

表1　水泥化學成分

表2　SSP防腐劑技術性能指標

2.2試驗設備

壓力機：YE-150液壓式壓力試驗機；

侵蝕試驗機：CABR-LSB/Ⅱ型全自動砼硫酸鹽試驗機；

掃描電鏡：日本產S-3400N掃描電子顯微鏡。

2.3試驗方法

混凝土配合比設計參照JGJ55-2011《普通混凝土配合比設計規程》，試驗用混凝土配合比見表3；

混凝土強度試驗參照GB/T 50081-2002《普通混凝土力學性能試驗方法標準》中有關規定進行；

混凝土抗硫酸鹽侵蝕試驗參照GB/T50082-2009《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法》中的“抗硫酸鹽侵蝕試驗”有關規定進行。

表3　試驗用混凝土配合比

3　結果與討論

3.1防腐劑對混凝土工作、力學性能的影響

根據表3 配合比，配制混凝土，測定混凝土出機及30 min后坍落度、擴展度、含氣量，標準養護至3 d、7 d、28 d及56 d的抗壓強度值，試驗結果見表4所示。

表4　防腐劑對混凝土工作、力學性能的影響

由表3、表4可知，摻入10%SSP防腐劑后，混凝土的各項工作性能、力學性能均得到改善。當混凝土達到相同初始坍落度時，摻SSP防腐劑混凝土的減水劑摻量為1.0%，小于基準和抗硫酸鹽水泥混凝土的減水劑摻量。摻SSP防腐劑混凝土30 min的坍落度、擴展度損失均小于基準和抗硫酸鹽水泥混凝土，說明SSP防腐劑具有一定的保塑性能。摻SSP的混凝土初始含氣量為3.0%，均高于基準和抗硫水泥混凝土的含氣量，且含氣量經時損失最小。基準混凝土與抗硫酸鹽水泥混凝土的各齡期強度值相差較小，摻SSP防腐劑各個齡期的混凝土強度均高于另外兩組。

SSP防腐劑中的減水組分使混凝土在減水劑摻量較低時，能夠保證與基準混凝土具有相同的坍落度，故其摻量較基準和抗硫酸鹽水泥混凝土低。摻入SSP防腐劑，其密實組分使硬化后的混凝土整體結構更加致密，高分子組分具有一定的保水效應，對混凝土起到內養護的作用，有利于強度的發展，故使摻SSP防腐劑混凝土的各齡期強度均高于基準和抗硫酸鹽水泥混凝土。

3.2防腐劑對混凝土抗硫酸鹽侵蝕性能的影響

針對內蒙古地區特殊的土質條件、氣候條件，為了模擬更加嚴酷的工程氣候條件，更好的驗證SSP防腐劑的抗硫酸鹽侵蝕性能，試驗選用10%Na2SO4+5%MgSO4的硫酸鹽溶液進行混凝土抗硫酸鹽侵蝕干濕循環試驗，試驗結果見表5所示。

表5　防腐劑對混凝土抗硫酸鹽侵蝕性能影響

注：同齡期標養為受硫酸鹽腐蝕試件同齡期的標準養護的一組對比混凝土試件的抗壓強度測定值。

3.3微觀結構分析

參照試驗用混凝土配合比，將石子破碎后篩選出粒徑在2.36～4.75 mm之間的碎石，采用水膠比為0.45，漿骨比為0.45，制作細石混凝土，養護至3 d、7 d、28 d齡期時，用SEM掃描電鏡觀察水泥各齡期的水化產物以及漿體—骨料界面。試驗結果見圖2～4所示。

圖2　漿體-骨料界面過渡區(3 d)(a) J (×2000);(b)KS (×3000);(c) SSP (×3000)Fig.2　Interface transition zone between cement paste and aggregates (3 d)

圖3　漿體-骨料界面過渡區(7 d)(a) J (×3000);(b)KS (×3000);(c) SSP (×3000)Fig.3　Interface transition zone between cement paste and aggregates (7 d)

圖4　漿體-骨料界面過渡區(28 d)(a)J(×5000);(b)KS (×5000);(c) SSP (×5000)Fig.4　Interface transition zone between cement paste and aggregates (28 d)

由圖2～4可以清晰的看出，隨著養護齡期的增長，漿體—骨料界面過渡區的水泥水化產物數量增多，過渡區附近變得更加致密，界面過渡區很難區分。同齡期膠凝材料種類不同，水化程度不同。在3 d齡期時，基準混凝土水化程度較低，摻SSP防腐劑混凝土水化程度較高。從圖2(水泥水化早期)的三張圖可以看見纖維狀、球狀無定形水化硅酸鈣(C-S-H)、針狀棱柱形的鈣礬石晶體、等棱柱狀Ca(OH)2晶體等水泥水化產物，摻SSP防腐劑混凝土的水化產物較多。這些水化產物大多分散于漿體—骨料界面過渡區之外，漿體—骨料界面過渡區內存在較少。骨料與水泥漿體的界面粘結性能較差。

隨著水泥的進一步水化，漿體—骨料界面過渡區水化產物數量變多[7,8]，過渡區附近變得更加致密。從圖3(水泥水化中期)可以看出水泥漿體變得平整密實。在3 000倍的放大倍數下，可以觀察到各種形狀的大塊C-S-H凝膠、聚集成簇的棒針狀鈣礬石晶體、片狀單硫型水化硫鋁酸鈣，且C-S-H凝膠數量較多。骨料與水泥漿體的界面粘結性能較好。

當水泥水化到28 d(水泥水化后期)齡期時，漿體—骨料界面過渡區變得更加密實，水化產物進一步增多，過渡區已很難區分。在5 000倍的放大倍數下，發現塊狀C-S-H凝膠搭接生長，塊與塊之間十分密實，以及薄六方片狀單硫型水化硫鋁酸鈣AFm相?；炷粮用軐崳瑥姸忍岣撸骨治g性能提高。

綜上所述，SSP防腐劑的摻入可有效促進水泥水化，消耗多余的Ca(OH)2晶體，生成較多針狀棱柱形的鈣礬石和不規則C-S-H凝膠，使得結構更加致密，提高了混凝土的抗硫酸鹽侵蝕性能。

4　結　論

(1)混凝土摻入10%SSP防腐劑后的各項工作性能均得到改善，30 min時的坍損、含氣量損失均較小，工作性能優于基準和抗硫酸鹽水泥混凝土，且各齡期強度均高于基準和抗硫酸鹽水泥混凝土;

(2)摻SSP防腐劑的混凝土具有優越的抗硫酸鹽侵蝕性能，在高濃度硫酸鹽侵蝕溶液中經過90次干濕冷熱循環后，抗壓強度耐蝕系數仍可達到91.1%，遠高于基準混凝土的54.9%、抗硫酸鹽水泥混凝土的77.2%;

(3)膠凝材料種類不同，水化產物不同。早期水化程度較低，水化產物相對較少，在高放大倍數下可明顯觀察到漿體-骨料界面過渡區的形貌以及水化產物；水泥水化后期，水化產物增多，漿體-骨料界面過渡區很難區分;

(4)C-S-H凝膠始終存在于水泥水化過程中，水化程度不同，C-S-H凝膠的含量也不同。摻入SSP防腐劑可以促進水泥的水化程度，消耗多余的Ca(OH)2晶體，生成較多的針狀棱柱形鈣礬石和不規則C-S-H凝膠，使結構更致密，提高混凝土的抗硫酸鹽侵蝕性能。

[1] 楊瑞海，陸文雄，余淑華，等．復合礦物摻合料對混凝土抗硫酸鹽侵蝕的影響[J]．粉煤灰綜合利用，2007，(4):21-23．

[2] 張俊，潘志華，李洪馬，等．低水灰比條件下水泥砂漿的抗硫酸鹽侵蝕性能[J]．混凝土，2014,(4):124-129．

[3] 彭德新．水灰比和粉煤灰摻量對混凝土抗硫酸鹽侵蝕性能的影響[J]．湖南交通科技，2014,6：67-68．

[4] 高立強．混凝土抗硫酸鹽侵蝕抑制措施及其機理研究[D]．成都：西南交通大學學位論文，2008:53-58．

[5] 劉俊，牛荻濤，宋華．摻合料對混凝土抗硫酸鹽侵蝕性能的影響[J]．混凝土，2014,(3):79-83．

[6] 梁詠寧，袁迎曙．硫酸鈉和硫酸鎂溶液中混凝土腐蝕破壞的機理[J]．硅酸鹽學報，2007,26(4)：505-508．

[7] 董祥．纖維增強高性能輕骨料混凝土物理力學性能、抗凍性及微觀結構研究[D]．南京：東南大學學位論文，2005:84-87．

[8] 李京軍．塑鋼纖維輕骨料混凝土力學性能及微觀結構試驗研究[D]．包頭：內蒙古科技大學學位論文，2015:37-42．

Influence to Concrete Performance of Sulfate Resistance of Preservative

LIXiang1，HANGMei-yan1，HAOXiao-long2，WANGShu-qi2

(1.Inner Mongolia University of Science & Technology，Baotou 014010,China;2.Anshun Building Materials Limited Liability Company of Baotou，Baotou 014010,China)

In the proportion condition, the three different properties of cement are used to study the influence of working performance, mechanical properties and corrosion resistance of concrete on different types of cementitious materials. By SEM scanning electron microscopic, it can be observed that the microstructure and morphology of hydration of 3 d, 7 d, 28 d interface transition zone between cement paste and aggregate. The result of experiment refers that working performance and mechanical properties of concrete are prior to sulfate resistant cement, after mixed with 10%SSP preservative. In the later period of cement hydration, because of hydration product increase, it is hard to distinguish interface transition zone between cement paste and aggregate. SSP preservative can promote the degree of hydration of cement, and will generate a lot of ettringite and C-S-H gels, which makes the structure more compact and improve corrosion resistance of concrete.

preservative;corrosion resistance;interface transition zone;hydration product

內蒙古自治區研究生教育創新計劃資助項目(S20151012701).

李響(1991-)，男，碩士研究生.主要從事混凝土耐久性方面的研究

杭美艷， 教授級高工， 碩導．

TU526

A

1001-1625(2016)06-1907-05