復合納米材料和復合摻合料對混凝土抗硫酸鹽侵蝕性能的影響

冷秀娟，武秀文，冀承蕾

（青島黃海學院，山東青島 266427）

硫酸鹽侵蝕問題目前已經引起各研究領域的廣泛重視，國內外研究者展開大量硫酸鹽侵蝕破壞機理、預防措施和評價方法相關研究。總結現有研究成果中一般認為由于化學反應引發所致鈣礬石、石膏膨脹，是混凝土出現抗硫酸鹽侵蝕情況的關鍵原因，尤其近年來學術界也逐漸加大對于碳硫硅鈣石的，認為其為引發混凝土硫酸鹽化學侵蝕的關鍵原 因[1-4]。目前研究認為能夠有效防治硫酸鹽侵蝕破壞的主要措施，可以通過對C3A、C3S含量的有效限制，基于硫酸鹽化學侵蝕理論基礎，將活性摻合料加入其中實現控制最小凝膠材料用量，這樣一來便可以對鈣礬石、石膏所致化學侵蝕問題有效預防[4-8]。目前我國也嚴格規定了抗硫酸鹽水泥內的C3A、C3S含量，實際上所致混凝土抗硫酸鹽化學侵蝕情況的主要原因之一，也由于Na2SO4、CaSO4、MgSO4所致。尤其對于我國西部潮汐、鹽堿等地區，更是極易發生此種混凝土抗硫酸鹽化學侵蝕情況，譬如青海地區人防工程、成昆鐵路隧道工程，以及鹽湖鹽漬土的混凝土建筑物發生腐蝕崩潰問題等[9-10]。隨著混凝土技術水平的逐漸提升，在混凝土中也逐漸普遍運用摻合料，能夠對混凝土的密實度有效提升，并對界面結構充分改善，更能夠綜合提高耐久性及整體強度。減水劑的應用則可以實現混凝土水膠比的有效降低，并且對坍落度損失問題有效控制[11-12]。因此本文研究了復合納米材料復合摻合料，對混凝土抗硫酸鹽侵蝕性能的影響。

1 材料與方法

1.1 材料

水泥，礦粉，粉煤灰，納米材料，石子，沙子，天然礦物，活化劑，外加劑。

1.2 方法

水泥膠砂的強度、混凝土拌合物坍落度、抗壓強度均參照對應相關規定，進行抗硫酸鹽侵蝕性能實驗以（GB/T 50081—2002）其中規定為依據，完成規格100mm×100mm×100mm試件的成型處理，完成28d養護工作后，分別裝設于5%濃度的硫酸鈉溶液塑料箱內以及5%濃度的硫酸鎂溶液塑料箱內。與此同時在清水中浸泡用于對比實驗的同規格試件，在各自完成28d、56d浸泡后，將試件取出檢測強度的影響。在氯離子侵蝕試驗檢測中，采用5%濃度的NaCl浸泡方式等同抗硫酸鹽侵蝕實驗。

SEM測試在凈漿試樣中成功取出粒狀樣品為2.5~5mm，進行真空干燥處理直至恒重，并使用導電膠在銅質樣品座上粘貼樣品，真空鍍金之后采用掃描電鏡對微觀形貌進行放大5000倍觀察。DSC分析將水化齡期試樣去除之后，各自達到相應的粉磨以及差熱化實驗所需，在坩堝內置入完成制作的適量樣品，基于空氣載體能夠達到10℃/min的升溫速度，直至最終升溫至900℃。摻和復合納米材料方式分別有兩種：第一種是在減水劑中摻入復合納米材料均勻攪拌；第二種是復合摻合料中加入復合納米材料均勻攪拌。

2 試驗結果

2.1 復合納米材料差異場合量產生復合摻合料水泥膠砂強度影響

作為摻入礦渣、粉煤灰、活化劑、天然礦物的混合物摻合料摻入后，膠砂配合比具體試驗結果。將A0、A2摻入后對比發現，由于復合摻合料并不具備較快的活性發揮速度，所以摻入復合摻合料，并不會提高早期膠砂強度，但是對后期強度可以有所提升。在B2、C2、D2、E2試樣內，將復合納米材料加入減水劑內，與膠砂相融分別達到摻入量所占減水劑摻入量的0.1%、0.5%、1.0%、1.5%。根據下表能夠發現后四種相較A2不同提升膠砂強度，并且達到其他同樣材料加入量時，在既定范圍內才能夠達到最優化的復合納米材料加入量效果。加入1.0%時D2試樣獲得最大的膠砂抗壓強度提升效果。

2.2 混凝土試樣分析

2.2.1 不同摻入復合納米材料方式影響混凝土強度

作為不同摻入復合納米材料方式影響混凝土強度結果，F1~F4分別表示：基準混凝土、摻合料取代了水泥30%、在摻合料取代水泥30%基礎上另外摻入復合摻合料1.0%質量的復合納米材料；自己配制所得復合摻合料的通量取代水泥30%。根據下表能夠發現3d齡期階段，較F1后三種方式的抗壓強度均高，在7d、28d時較F1來說F4的抗壓強度更高，將復合納米材料同時摻入，不同的摻入方式也產生了差異化混凝土抗壓強度影響。在28d齡期時F4的抗壓強度最大，是F1的111.20%、F2的104.13%、F3的104.06%，這一結果表示通過摻入復合納米材料，能夠對混凝土強度有效增強。

2.2.2 復合納米材料不同摻入量影響混凝土強度

作為復合納米材料及復合納米材料制備混凝土的強度影響情況，G1~G4分別表示復合摻合料所摻入量等量取代水泥30%、復合摻合料所摻入量作為減水劑質量的0.5%、1.0%、1.5%。P1~P4分別表示復合摻合料所摻入量等量取代水泥40%、復合摻合料所摻入量作為減水劑質量的0.5%、1.0%、1.5%。根據下表可以發現在G組，較G1混凝土坍落度來說，G2、G3達到更大的坍落度，且G3最大坍落度。在P組中相對比P1來說，P2、P3、P4均達到較大的坍落度，H2坍落度小于H3。根據該結果發現納米材料的摻入能夠對混凝土的不同齡期抗壓強度有效提升，且隨著摻入復合納米材料的摻入量增加，與混凝土抗壓強度之間呈正相關。但是在摻入量超出1.0%之后，則混凝土抗壓強度增幅較小，所以復合納米材料以1%摻入量最適合。對比G3、P3可以得出以30%復合摻合料的取代水泥值最為適合。

2.3 抗硫酸鹽侵蝕性能試驗

完成復合摻合料等量取代水泥所配制得出的C40混凝土展開試驗，（見表5）作為最終的抗硫酸鹽侵蝕性能結果。A0、A1、A2分別表示基準混凝土配合比、復合摻合料的等量取代30%水泥，在A2摻入復合納米材料為減水劑質量的1%。根據下表可以發現經過配制得出的混凝土經過不同溶液分別進行28d、56d侵蝕試驗之后，A1、A2較A0的混凝土強度更大。其中28d后A1配制混凝土的浸泡溶液Na2SO4、MgSO4較水最終獲得的抗壓強度更大，56d浸泡后Na2SO4的混凝土抗壓強度較水明顯小。這一結果表示復合納米材料、復合摻合料復配，對于混凝土的抗硫酸鹽侵蝕性能明顯增強。

2.4 凈漿水微觀分析

（見圖1）能夠發現水泥漿體內的DSC曲線共產生3個吸熱峰值，分別處于85℃~90℃、439℃~448℃、660℃~718℃。所以據此推斷的出C-S-H，AFt的脫水峰溫度區間在85℃~ 90℃，Ca（OH）2的脫水峰溫度區間在439℃~448℃，CaCO3的脫水峰溫度區間在660℃~718℃。則以結果證實了將復合摻合料加入之后，能夠起礦粉、粉煤灰受活化劑激發作用，對Ca（OH）2大量消耗，所致凈水漿體出現少數Ca（OH）2晶體。C-S-H，AFt增加現象也反映了加入復合納米材料之后，會形成和Ca（OH）2反應，從而對混凝土耐久性充分提升。

圖1 凈漿的28d水化物分析

3 結語

本文得出主要結論如下：

1）相較C40級別混凝土，經過將復合納米材料、復合摻合料加入基準混凝土內，復配C40混凝土能夠明顯增強抗硫酸鹽、氯離子的侵蝕能力，并且提高20%左右的抗壓強度。

2）復合納米材料摻入至減水劑內，運用于混凝土所獲成效較混凝土內摻入復合摻合料，能夠獲得更優化的應用效果，對納米材料極易發生團聚問題有效解決，并且確定復合納米材料摻入減水劑的適量需要控制為，摻入量達減水劑總質量0.5%~1.0%。

3）以C40混凝土進行抗硫酸鹽侵蝕性能試驗結果發現，復合納米材料及復合摻合料，對于混凝土抗硫酸鹽性能可以明顯提升，并增強混凝土耐久性。