硫酸鹽侵蝕對再生混凝土耐久性的影響研究

尹 迪

（滄州交通學院，河北 黃驊 061199）

0 引言

1 影響再生混凝土耐久性的因素

再生混凝土的耐久性主要包括碳化因素、抗凍融性、抗滲性能、氯離子滲透性和抗硫酸鹽侵蝕性等幾大方面，其中抗硫酸鹽侵蝕性是考察再生混凝土耐久性的重要指標，因此對再生混凝土抗硫酸鹽侵蝕性的研究具有重要的意義。

影響硫酸鹽侵蝕再生混凝土的因素比較多，一方面是再生混凝土的自身因素影響，例如再生混凝土自身的性質、其他添加物的配比等；還有一方面還有外部因素的影響，例如硫酸鹽的濃度，養護條件等。因此對硫酸鹽的侵蝕性研究需要從多方面考察，來確保對再生混凝土耐久性影響研究的全面性和準確性[1]。

2 試驗原材料和試驗方法

2.1 試驗原材料的選擇

2.1.1 水泥的選擇

本次試驗選擇的水泥為普通硅酸鹽水泥P·O42.5，廠家是大連新虎水泥企業集團，水泥性能指標如表1所示。

表1 水泥的性能指標

2.1.2 骨料的選擇

再生混凝土：試驗使用的再生粗骨料來自黃驊市某中學教學樓拆除的廢舊混凝土，已經經過破碎、清洗、篩分和預濕處理。

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細骨料：選用的是天然河砂，屬于中砂，表觀密度是2.591g/cm3，細度模數是2.72，含泥量1.88%。

天然粗骨料：天然粗骨料選用的是顆粒級配良好的碎石。兩種粗骨料的性能指標如表2所示。

表2 各粗骨料的性能指標

2.1.3 粉煤灰的選擇

粉煤灰選用的是黃驊市蘭天熱力發電廠產的I級粉煤灰，粉煤灰的各項性能指標如表3所示。

表3 粉煤灰的性能指標

2.2 試驗方案

2.2.1 試件的制備

將再生粗骨料依照不同取代率配置成再生混凝土拌合物，再生混凝土的取代率設定為0、20%、50%和100%，分別記為A0、A20、A50、A100。并依據GB/T50082—2009《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法標準》，將配置好的再生混凝土拌合物制作成100mm×100 mm×100mm的立方體試件，脫模后標準條件下（20℃±2℃，RH≥95%）養護28d。具體配比見表4所示。

表4 再生混凝土中各物質配合比

2.2.2 試驗方法

本試驗所采用的實驗方法是干濕循環法，將上述試件放進干濕循環試驗機中的濃度為5%硫酸鈉溶液中，浸泡3d，然后取出晾干3d，如此為一個干濕循環。每進行25次干濕循環試驗對再生混凝土試件的重量和相對動彈模量進行一次檢測，每進行50次干濕循環試驗對再生混凝土試件的抗壓強度和劈拉強度進行檢測[2]。

3 試驗結果與分析

3.1 質量損失率的變化

在上述4組試件分別進行25、50、75、100、125、150次干濕循環試驗之后，分別測定每組試件重量的變化，就可以計算得到再生混凝土試件受硫酸鹽侵蝕之后質量損失情況，質量損失率的計算公式如下：

式中：

Kn——進行干濕循環試驗之后試件的質量損失率，%；

M0——試件初始測試重量，kg；

Mn——試件在n次干濕循環試驗結束之后的重量，kg。

最終可以得到再生混凝土試件受硫酸鹽腐蝕變化情況見圖2。

圖2 不同配比下再生混凝土試件質量損失率變化曲線

從圖2可以看出，在75次干濕循環試驗結束后，4組不同配比的再生混凝土試件質量損失率都比較低，說明此時構件重量變化不明顯，且以A0質量損失率最小，為0.10%；隨后繼續增加干濕循環試驗的次數后，各組質量損失率變化的幅度增大，說明各組再生混凝土試件重量變化都比較大，其中A100質量損失率最大，為1.51%；其次分別是A50和A20，質量損失率分別是1.10%、0.92%。質量變化的原因是硫酸鹽侵蝕導致再生混凝土粘結力下降，而且干濕循環試驗的溫度是80℃，兩種原因共同作用導致再生混凝土的表面砂漿被破壞，從而出現質量損失。數據顯示再生粗骨料配比越高，質量損失得就越多，而且在干濕循環試驗75次之后，損失速率也會越快。

3.2 相對動彈模量的變化

再生混凝土的相對動彈模量計算公式如下：

式中：

Pn——經過n次干濕循環試驗后再生混凝土試件的相對動彈模量，%；

fn——n次干濕循環試驗后試件自振頻率，Hz；

f0——未進行干濕循環試驗前試件自振頻率初始值，Hz。

最終得到4組再生混凝土試件相對動彈模量變化情況，如圖3所示，隨著干濕循環試驗次數的增加，4組再生混凝土試件的相對動彈模量都呈下降趨勢，且下降趨勢都比較明顯，其中A100下降的數值最多，在經過150次干濕循環試驗后，再生混凝土試件的相對彈性模量下降至59.20%，而A0下降得最少，為85.11%。從數據上來看，再生粗骨料添加得越多，相對彈性模量下降得越快，而未添加再生粗骨料的A0試件雖然也有所下降，但整體下降幅度遠小于其他3組。分析原因是混凝土在硫酸鹽溶液中浸泡，SO42-會進入到混凝土內部，與氫氧化鈣和水化碳酸鈣等物質發生反應，使得混凝土內部的膨脹性內力增大，混凝土發生開裂，抵抗彈性變形能力下降。而加入再生粗骨料之后，再生粗骨料的孔隙率遠高于天然粗骨料，因此SO42-會更容易進入到混凝土的內部，侵蝕程度和內部損傷程度都會遠遠高于普通水泥，所以A20、A50、A100試件的相對動彈模量下降幅度都比較大[3]。

圖3 不同配比下再生混凝土試件相對動彈模量變化曲線

3.3 抗壓強度的變化

混凝土抗壓強度代表了混凝土的承載能力，是混凝土單位面積所能承受的最大壓力。從圖4可以看出，當干濕循環試驗次數達到50次時，4組試件的抗壓強度出現了小幅度提升的情況，而隨著干濕循環試驗次數的增加，4組試件的抗壓強度又開始下降，且下降的趨勢都比較明顯，其中A100下降得最多，抗壓強度下降至21.25MPa，下降百分比為28.88%；A0下降得最少，為19.77%，A20和A50下降百分比分別為22.30%、26.09%。這說明在干濕循環試驗次數達到150次后，A50和A100試件已經被破壞，也就是說再生粗骨料的添加會使受硫酸鹽侵蝕的混凝土出現抗壓能力下降問題，添加得越多，抗壓強度下降得越明顯[4]。

圖4 不同配比下再生混凝土試件抗壓強度變化

3.4 伸長率的變化

圖5數據顯示，在干濕循環試驗次數0～50次之間，4組試件的伸長率基本無變化；而在干濕循環試驗次數50-100次之間，4組構件的伸長率都有了小幅度提升，A0、A20、A50、A100伸長率分別為0.03%、0.06%、0.08%、0.13%；在干濕循環試驗次數100-150次之間，伸長率開始大幅度上升，最終A0、A20、A50、A100伸長率分別是0.15%、0.18%、0.20%、0.40%。這說明混凝土的伸長率隨著再生粗骨料的增加而增長，分析原因是再生混凝土的孔隙率比較大，容易受硫酸鹽腐蝕，而硫酸鹽腐蝕會產生一定的內部膨脹力，使得再生混凝土的體積膨脹，因此混凝土的伸長率也隨之增加。

圖5 不同配比下再生混凝土試件伸長率變化曲線

4 結束語

（1）混凝土的質量損失率隨著再生粗骨料配比的增加而呈現上升趨勢，尤其是在干濕循環次數達到75次之后，質量損失率增加的速率也大幅度提升，最終A0、A20、A50、A100分別是0.65%、0.92%、1.10%、1.51%。

（2）混凝土的相對彈性模量隨著干濕循環次數地增加下降幅度比較明顯，且再生粗骨料的配比越高，相對動彈模量下降得越多，A100試件下降得最多，為59.20%，A0下降得最少，為85.11%。

（3）混凝土的抗壓強度隨著干濕循環試驗次數增加出現了先小幅度提升隨后又大幅度下降的趨勢，再生粗骨料添加得越多這一現象越明顯，而且A100、A50下降百分比分別為28.88%和26.09%，下降比例已超過25%，說明再生混凝土結構已經被破壞。

（4）干濕循環次數0～50次之間，混凝土伸長率基本沒變化；50～100次之間出現小幅度增加現象；100～150次之間增加的速度變快，伸長率增加比較明顯，再生粗骨料添加越多，伸長率增加越明顯。

綜上所述，硫酸鹽腐蝕會使再生混凝土耐久性下降，且再生粗骨料添加得越多，耐久性變差越明顯。