含硫酸鹽骨料導致混凝土工程蝕毀的試驗研究

摘 要 混凝土材料的耐久性研究受到普遍關注，我國東部沿海地區和西部鹽堿地帶含有很多硫酸鹽，當混凝土與自然環境中含有硫酸鹽的水或土壤接觸時，SO42-進入混凝土中造成侵蝕，且對混凝土來說這種硫酸鹽侵蝕往往同時伴隨著干濕循環、長期浸泡等環境因素影響。對混凝土的耐久性是致命性的破壞。因此，本文進行混凝土抗硫酸鹽試驗研究，以期為混凝土的耐久性和工程中廣泛應用提供試驗基礎。

關鍵詞 硫酸鹽;混凝土;侵蝕;試驗

引言

20世紀90年代以來，混凝土結構的耐久性問題已經引起了國家和技術界的重視。近海及濱海地區由于其地理位置及所處環境特殊性，混凝土建設和使用環境較為惡劣，混凝土結構多會遭受嚴重的硫酸鹽侵蝕，導致混凝土結構物的破壞[1]。

基于此，本文通過實驗模擬硫酸鹽侵蝕干濕循環作用下不同水膠比、不同配合比下混凝土的表觀特征、質量變化規律、抗滲性等宏觀力學性能指標以及孔結構等微觀性能指標來揭示混凝土在硫酸鹽侵蝕共同作用下混凝土性能演變機理。

1試驗設計與方法

1.1 混凝土配合比以及試件的制作

本次實驗采用水膠比0.32（A-0、A-F、A-FM、A-M）、0.38（B-0、B-F、B-FM、B-M），共計8個配合，其配合比詳見表1。做好前期準備后開始進行干濕循環試驗。

1.2 試驗方法

為了研究硫酸根離子對混凝土的侵蝕機理，本文采用3%的Na2SO4溶液作為混凝土侵蝕溶液。

混凝土試件標準養護28d后，取出放入（50±5）℃烘箱中烘24h，烘干結束后將試件在干燥環境中冷卻到室溫;

冷卻后的試件放入試驗容器后，將配置好的質量分數為3%的Na2SO4溶液倒入試驗容器中，確保溶液至少超過試件上表面20mm。

試件浸泡48h后取出，在溫度為（50±5）℃的烘箱中烘干22h后取出冷卻2h至室溫，即為一個循環。每個循環時間為36h。在循環過程中定期更換硫酸鈉溶液以確保溶液質量分數不變從而避免實驗誤差。

2試驗結果及其分析

2.1 混凝土表觀損傷

混凝土試件在標準養護28d還未進行干濕循環時混凝土試塊表面完整，各部分棱角線條清晰;在進行30次干濕循環后混凝土試件表面覆蓋一層鹽皮，這是由于，硫酸根離子滲入混凝土試件內部與水泥水化產物進行化學反應生成膨脹性產物，并且在這個過程中還伴有物理侵蝕，當試驗試件處于干燥狀態時，混凝土內部鹽溶液由于蒸發作用，水在混凝土中發生遷移，導致鹽溶液濃度急劇增大，當混凝土中的溶液達到超飽和狀態后出現鹽析現象[2]。當試驗試件循環60次時試件表面部分水泥漿體出現了剝落、微裂紋，并且隨著侵蝕的不斷進行，試件表面水泥漿體剝落、微裂紋現象愈加明顯。當循環次數到100次時試件表面出現坑蝕現象，表面出現許多凹坑嚴重影響了試件表面的平整性，表面裂紋逐漸貫通，出現沙化現象，骨料外露現象越來越嚴重，局部出現完全剝落現象[3]。

2.2 混凝土質量變化規律

試驗中不同配合比混凝土試件質量隨循環次數呈現相同的變化規律，其可分為3個階段：質量迅速增大階段;緩慢變化階段;迅速下降階段。

在侵蝕前期（循環次數0～40次）由于環境中的硫酸根離子與水泥水化產物反應生成水化硅酸鈣膠凝等膨脹性物質，填充了混凝土內部的孔隙，使得混凝土密實度得以提高，導致混凝土質量迅速增長;在循環次數為40～50次之間時試件質量發生緩慢變化;侵蝕后期（循環次數50～100次），混凝土試件中的氫氧化鈣和水化硅酸鈣等水化產物逐漸從表面分解、溶出，破壞了混凝土結構，使得表層砂漿大面積沙化造成表面剝蝕現象嚴重，試件質量迅速下降。

2.3 混凝土抗滲性研究

混凝土電通量隨循環次數變化規律，循環次數在0到10次之間，A-0、A-F、A-FM、A-M電通量急速下降，分別下降了50.4%、67.5%、70.94%、74.2%，下降幅度大小關系為A-M>A-FM>A-F>A-0。在干濕循環20至30次時，電通量分別達到最低點，而在最低點處的大小關系為A-0>A-F>A-FM>A-M，之后開始緩慢上升。這是由于A-0中未添加礦物摻和料，所以孔隙、連通孔較多，而礦物摻和料礦粉和粉煤灰的摻入能有效地優化混凝土的孔隙，其中尤以礦粉在優化孔隙方面的性能更為突出。

在后期緩慢上升階段，大水膠比混凝土中的粗孔隙更容易被破壞后與其他孔隙形成連通孔。所以低水膠比混凝土更適用于硫酸鹽侵蝕環境。

3結束語

綜上所述，混凝土工程在硫酸鹽侵蝕下容易出現性能問題，因此，對混凝土結構在硫酸鹽侵蝕下的耐久性的研究意義重大，也是未來研究的趨勢。本文中對混凝土抗硫酸鹽侵蝕進行試驗分析，以期能夠提供一定幫助。

參考文獻

[1] 姜磊.硫酸鹽侵蝕環境下混凝土劣化規律研究[D].西安建筑科技大學，2014.

[2] 梁永寧.摻和料對混凝土抗硫酸鹽侵蝕能力的影響[J].混凝土，2011，（2）：63-64.

[3] 李文霞.干濕-凍融交替作用下混凝土受硫酸鹽侵蝕研究[J].混凝土，2017，（5）：12-14.

作者簡介

李海濤（1975-），男，湖南邵陽人;職稱：工程師，現就職單位：湖南中大檢測技術集團有限公司，研究方向：公路水運工程試驗檢測。