多場腐蝕耦合作用下混凝土耐久性變化分析

摘要：為研究腐蝕環境下混凝土耐久性性能變化，開展了氯離子腐蝕、硫酸根離子腐蝕和氯離子-硫酸根離子共同腐蝕作用下混凝土耐久性性能變化研究，并對比分析了單一腐蝕因素對混凝土耐久性性能的影響。試驗結果表明，在單一因素腐蝕試驗下，隨著混凝土深度的遞增，混凝土中氯離子和硫酸根離子的含量也逐漸降低；在單一因素腐蝕試驗下，硫酸鹽離子對混凝土耐久性的影響要高于氯離子；耦合環境下混凝土耐久性性能迅速下降，其影響性能要高于硫酸鹽環境和氯離子環境。

關鍵詞：氯離子腐蝕；硫酸根離子腐蝕；氯離子-硫酸根離子共同腐蝕；混凝土；耐久性

中圖分類號：TQ172.73+3；TU528.33文獻標志碼：A文章編號：1001-5922（2024）10-0073-03

Analysis on durability change of concrete under multi fieldcorrosion coupling

FU Jing

（School of Architecture and Engineering，Zhejiang Changzheng Vocational andTechnical College，Hangzhou 310000，China）

Abstract：In order to study the changes of concrete durability under corrosive environment，this paper carried out astudy on the durability performance of concrete under the action of chloride ion corrosion，sulfate ion corrosion andchloride-sulfate ion joint corrosion，and compared and analyzed the influence of a single corrosion factor on the du?rability performance of concrete. The results showed that under the single factor corrosion test，with the increase ofconcrete depth，the content of chloride ion and sulfate ion in concrete gradually decreased. Under the single factorcorrosion test，the influence of sulfate ion on concrete durability was higher than that of chloride ion. Under the cou?pling environment，the concrete durability decreased rapidly，and its influence performance was higher than that inthe sulfate environment and chloride ion environment

Key words：chloride corrosion；sulfate corrosion；chloride sulfate corrosion；concrete；durability

混凝土耐久性性能變化直接關乎著混凝土結構的安全性，因此需要對混凝土耐久性性能進行分析[1-4]。如就玄武巖纖維改善再生混凝土抗氯離子滲透性能研究進行了研究[5]。深入分析了荷載裂縫和養護齡期對氯離子傳輸過程的影響[6]。研究了氯鹽干濕循環作用對混凝土抗氯離子侵蝕性能及微觀結構的影響[7]。對浸泡作用下混凝土硫酸根離子的擴散規律進行了研究[8]。基于Wiener過程理論的鹽漬土中混凝土損傷演化及壽命預測[9]。研究了硫酸鹽侵蝕環境下混凝土中內部硫酸鹽濃度隨時間和空間的變化規律[10]。以高性能聚丙烯纖維混凝土的力學性能和持久性能作為主要根據，展開對高性能聚丙烯纖維混凝土的相關研究[11]。通過研究得出添加聚丙烯纖維后混凝土的抗壓、抗折、抗剪強度均得到不同程度的提升，綜合分析可知，0.10%聚丙烯纖維含量的混凝土性能最佳[12]。研究了玄武巖纖維不同體積摻量對于混凝土力學性能的影響[13]。

但是相關研究沒有考慮氯離子-硫酸根離子共同作用下的混凝土耐久性變化規律[14-16]。因此，本文著重設計了氯離子-硫酸根離子共同作用下的混凝土腐蝕試驗，并對比分析了單一腐蝕因素對混凝土耐久性性能的影響，實驗結果為今后高性能混凝土的設計提供思路。

1試驗設計

根據GB/T 50080《普通混凝土拌合物性能試驗方法標準》進行制備C50混凝土，其配合比為：水?水泥?砂?石子=0.41?1.0?1.16?2.45。水為普通自來水；水泥為普通硅酸鹽水泥PkO 42.5 R，該水泥各項指標滿足GB 175—2007《通用硅酸鹽水泥》的要求；砂、石均滿足JGJ 52—2006《普通混凝土用砂、石質量及檢驗方法標準》的要求。將制備成型的混凝土放入標準養護室內進行養護，其環境為溫度（25±3）℃，相對濕度99%以上。

腐蝕環境試驗設計：配制腐蝕環境溶液用水為試驗蒸餾水，分別采用國藥網站上購買的MgCl2和MgSO4化學物質溶于蒸餾水中，配制質量分數8%的氯離子和硫酸根離子腐蝕環境。

單一腐蝕試驗方法：將養護好的混凝土分別放置質量分數8%的氯離子、質量分數8%的硫酸根離子的環境中10、20、30 d后，根據GB/T 50082—2009《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法標準》測試不同混凝土深度內的氯離子和硫酸根離子濃度，分析單一腐蝕環境對混凝土耐久性的影響。

腐蝕環境試驗耦合方法：將養護好的混凝土放置在8%質量分數的氯離子環境中12 h，然后再放置在8%質量分數的硫酸根離子環境中12 h，記作一次循環（1 d），以此循環往復30次（30 d）后，根據GB/T 50082—2009《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法標準》測試不同混凝土深度內的氯離子和硫酸根離子濃度，分析耦合腐蝕環境對混凝土耐久性的影響。

2結果與討論

2. 1單一氯鹽環境下混凝土抗氯離子侵蝕性能

根據單一腐蝕試驗方法，將混凝土試塊放置8%的氯離子環境中10、20、30 d后，測試混凝土試塊不同深度的氯離子含量，如圖1所示。

從圖1可以看出，隨著混凝土深度的遞增，混凝土中氯離子的含量也逐漸降低，如當腐蝕30 d后，混凝土表面的氯離子質量分數為8.0%；當混凝土深度為3 mm時、6 mm、9 mm、12 mm時，氯離子的質量分數為7.5%、5.8%、3.3%、2.1%。

當混凝土深度一定時，隨著腐蝕周期的增加氯離子含量也逐漸增加，如當混凝土深度為12 mm時，腐蝕10 d、20d、30 d后，混凝土氯離子質量分數為0.2%、0.9%、2.1%。這是因為混凝土中的水泥的水化產物Ca（OH）2會與腐蝕環境中的MgCl2發生化學反應生成Mg（OH）2、CaCl2等無膠凝作用的物質，降低了混凝土的內聚力，導致混凝土疏松，降低混凝土的耐久性[17]。2. 2單一硫酸鹽環境下混凝土抗硫酸鹽侵蝕性能變化

根據單一腐蝕試驗方法，將混凝土試塊放置質量分數8%的硫酸鹽離子環境中10、20、30 d后，測試混凝土試塊不同深度的硫酸鹽離子含量，如圖2所示。

從圖2可以看出，隨著混凝土深度的遞增，混凝土中硫酸鹽離子的含量也逐漸降低，如當腐蝕30 d后，混凝土表面的氯離子質量分數為8.0%；當混凝土深度為3 mm時、6 mm、9 mm、12 mm時，氯離子的質量分數為7.5%、5.8%、3.3%、2.1%。對比圖1可知，硫酸鹽對混凝土耐久性的影響要高于氯離子。

當混凝土深度一定時，隨著腐蝕周期的增加硫酸鹽離子含量也逐漸增加，如當混凝土深度為12 mm時，腐蝕10、20、30 d后，混凝土硫酸鹽質量分數為0.2%、0.9%、2.1%。這是因為水泥的水化產物Ca（OH）2和Al2O3會與腐蝕環境中的MgSO4發生化學反應生成3CaOkAl2O3k3CaSO4k32H2O，即鈣礬石。而鈣礬石的存在會使得混凝土的體積變大，從而導致混凝土出現膨脹產生裂縫，降低混凝土的耐久性[18]。

2. 3氯鹽和硫酸鹽耦合環境下混凝土耐久性性能

根據耦合腐蝕試驗方法，將混凝土試塊放置在8%的氯離子環境中12 h，然后再放置在8%的硫酸根離子環境中12 h，總共30 d后，測試混凝土試塊不同深度的氯離子和硫酸鹽離子含量，如圖3所示。

從圖3可以看出，隨著混凝土深度的遞增，混凝土中氯離子的含量也逐漸降低，如混凝土表面的氯離子質量分數為8.0%；當混凝土深度為3 mm、6 mm、9 mm、12 mm時，氯離子質量分數為7.7%、6.6%、4.6%、3.1%。同時，隨著混凝土深度的遞增，混凝土中硫酸鹽離子的含量也逐漸降低，如混凝土表面的硫酸鹽離子質量分數為8.0%；當混凝土深度為當混凝土深度為3 mm、6 mm、9 mm、12 mm時，硫酸鹽離子質量分數為7.9%、7.1%、5.8%、4.2%。

將上述結果對比圖1和圖2可知，耦合環境下混凝土耐久性性能迅速下降，這是因為在耦合環境下，氯離子和硫酸鹽離子會有一個互相加速侵蝕混凝土結構的作用，即在氯離子侵蝕下會導致混凝土疏松，而在硫酸鹽離子侵蝕下會導致混凝土出現開裂，兩者相互作用降低混凝土的耐久性[19-20]。進一步根據微觀測試圖也能得到上述結果，如圖4所示。

圖4（a）為在單一氯離子環境下30 d后的混凝土內部結構；圖4（b）為在單一硫酸鹽離子環境下30 d后的混凝土內部結構；圖4（c）為在耦合環境下30 d后的混凝土內部結構。從圖中可以看出，在耦合環境下混凝土內部孔隙最大，硫酸鹽離子環境下混凝土內部孔隙很大，而氯離子環境下混凝土內部孔隙較大。

3結語

本文設計了單一環境（氯離子、硫酸根離子）和多場耦合環境（氯離子-硫酸根離子）對混凝土耐久性性能影響試驗，結合試驗結果開展分析研究，得到了混凝土侵蝕深度與腐蝕離子的相關關系。結果表明，在單一因素腐蝕試驗下，隨著混凝土深度的遞增，混凝土中氯離子和硫酸根離子的含量也逐漸降低；在單一因素腐蝕試驗下，硫酸鹽離子對混凝土耐久性的影響要高于氯離子；耦合環境下混凝土耐久性性能迅速下降，其影響性能要高于硫酸鹽環境和氯離子環境。

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