董亞麗DONG Ya-li

（中鐵十七局集團(tuán)第四工程有限公司，重慶 404100）

（China Rai1way 17th Bureau Group No.4 Engineering Co.，Ltd.，Chongqing 404100，China）

0 引言

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，環(huán)境的污染、惡化對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的腐蝕日趨嚴(yán)重，導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性、強(qiáng)度和安全性大大降低，也使企業(yè)和國(guó)家蒙受巨大的經(jīng)濟(jì)損失?；炷潦菍?duì)酸性環(huán)境較為敏感的堿性或弱堿性材料。酸類腐蝕對(duì)于混凝土結(jié)構(gòu)和性能的危害在眾多工程實(shí)踐中已得到驗(yàn)證。在國(guó)內(nèi)，存在混凝土被酸類腐蝕的現(xiàn)象主要出現(xiàn)在沿海和內(nèi)陸地區(qū)，被腐蝕的大都是廠房、大壩、隧道、橋梁等結(jié)構(gòu)物，由此造成的安全隱患是巨大的。眾所周知，混凝土的主要成分是砂漿，因此業(yè)界一般將水泥砂漿作為研究混凝土結(jié)構(gòu)物耐酸性能的主要材料。筆者將通過(guò)試驗(yàn)研究不同酸性環(huán)境中水泥砂漿的物理學(xué)性能，以期掌握混凝土結(jié)構(gòu)物的耐酸性能，用以指導(dǎo)工程實(shí)踐。

1 試驗(yàn)原材料與實(shí)驗(yàn)方法

1.1 試驗(yàn)原材料

水泥：葛洲壩水泥廠生產(chǎn)的P.O42.5普通硅酸鹽水泥(OPC)和高抗硫酸硅酸鹽水泥(SRPC)；碎石：5～25mm連續(xù)級(jí)配石灰石質(zhì)碎石；減水劑：上海馬貝建筑材料有限公司生產(chǎn)的減水率為25%～30%SX-C16型聚羧酸高效減水劑；河砂：細(xì)度模數(shù)為2.7的河砂。

1.2 試驗(yàn)方法

在驗(yàn)過(guò)程中水泥砂漿試件尺寸為40mm×40mm×160mm，每種配合比做6個(gè)試件。試件在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室養(yǎng)護(hù)24h后浸入自來(lái)水中再進(jìn)行為期28d的養(yǎng)護(hù)（自來(lái)水恒溫20℃）。28d后將試塊取出，將飽和面晾干對(duì)其初始質(zhì)量施測(cè)。而后浸入不同的酸性溶液中施測(cè)，每天攪動(dòng)使溶液均勻，溶液每隔2d調(diào)試一次pH值至初始值，每4d換一次，試塊周?chē)治g環(huán)境相同。觀測(cè)砂漿表觀形貌變化、測(cè)其質(zhì)量和強(qiáng)度值等參數(shù)。

采用普通硅酸鹽水泥（OPC）和高抗硫酸硅酸鹽水泥(SRPC)制作的砂漿（砂漿的配合比見(jiàn)表1）在pH=1、pH=2、pH=3和pH=4的硝酸環(huán)境下進(jìn)行腐蝕試驗(yàn)，研究不同pH值對(duì)于砂漿物理力學(xué)性能的影響；用pH=1硫酸以及硫酸鈉溶液對(duì)砂漿進(jìn)行侵蝕試驗(yàn)，其中硫酸溶液中m(SO42-)≈4800mg/L，而硫酸鈉溶液中m(SO42-)≈28800mg/L，研究強(qiáng)酸性環(huán)境中不同硫酸根離子濃度對(duì)砂漿性能變化影響。

表1 砂漿配合比（kg/m3）

2 溶液pH值對(duì)耐酸性能影響

2.1 表觀形貌變化

在pH=1和pH=2的硝酸溶液中浸泡56d后的OPC砂漿表面及斷面情況見(jiàn)圖1和圖2。將砂漿表面易剝落物質(zhì)刷除后以及被酸類腐蝕后的形貌如圖3和圖4所示。

在圖1只能看出顏色上的差異，而從圖2可以清楚看出砂漿在pH=1硝酸溶液侵蝕后，砂漿變化較大，根據(jù)顏色特點(diǎn)可將砂漿分為三部分，最外層只殘留一層疏松易剝落的物質(zhì)附著在基體表面，在pH=1的硝酸中浸泡14d后，OPC和SRPC砂漿表面的殘留物質(zhì)并未自動(dòng)剝落，剝落前后砂漿的外貌如圖3所示。

圖1 pH=2(左)和pH=1溶液中OPC砂漿表觀

圖2 pH=2(左)和pH=1溶液中OPC砂漿斷面

圖3 刷除表面易剝落物質(zhì)后外貌(右)

圖4 二種水泥砂漿侵蝕后(OPC→SRPC)

表2 不同pH值時(shí)OPC砂漿質(zhì)量變化

表3 不同pH值時(shí)SRPC砂漿質(zhì)量變化

2.2 砂漿的質(zhì)量變化

測(cè)量不同pH值酸溶液中，不同齡期砂漿質(zhì)量損失。表2與表3為砂漿在不同pH值酸性溶液中的質(zhì)量變化。

由表2與表3的質(zhì)量損失數(shù)據(jù)可以看出，pH值隨著酸性增強(qiáng)而逐漸減小，兩種砂漿的質(zhì)量損失急劇增加；在pH=1和pH=2時(shí)，隨著侵蝕時(shí)間的增加砂漿的質(zhì)量不斷損失，當(dāng)84天后pH=1的質(zhì)量損失已超過(guò)25%，pH=2質(zhì)量損失超過(guò)8%；而在pH=3和pH=4時(shí)，短期內(nèi)砂漿的質(zhì)量沒(méi)有明顯的變化；在酸性環(huán)境中，OPC砂漿比SRPC砂漿耐酸性稍強(qiáng)。

2.3 砂漿的強(qiáng)度變化

砂漿自身的性能及試塊表面狀態(tài)會(huì)影響其抗折強(qiáng)度。另外，儀器的型號(hào)和性能也可能使抗折強(qiáng)度無(wú)規(guī)律地大幅波動(dòng)，筆者在本文中僅以砂漿的抗壓強(qiáng)度作為砂漿耐酸性能的表征參數(shù)。筆者取OPC砂漿與SRPC砂漿分別置于pH值不同的酸性溶液中，設(shè)定不同的時(shí)間段，以研究二者的抗壓強(qiáng)度。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖5、圖6。

根據(jù)圖5、圖6得知，在不同pH值的酸性溶液中，兩類砂漿的強(qiáng)度、抗腐蝕性等性能的變化速率大不相同。當(dāng)硝酸溶液pH=1時(shí)，兩種砂漿強(qiáng)度下降很快，在經(jīng)歷56天的侵蝕后強(qiáng)度已分別損失53.9%和55.5%；當(dāng)硝酸溶液pH=2時(shí)，砂漿強(qiáng)度經(jīng)歷了由增長(zhǎng)到衰退的趨勢(shì)，表現(xiàn)出酸性環(huán)境中材料一般的變化規(guī)律；當(dāng)硝酸溶液pH=3時(shí)，相對(duì)砂漿試塊的侵蝕速率較慢；當(dāng)硝酸溶液pH=4時(shí)，溶液在測(cè)試齡期內(nèi)，酸腐蝕速率最慢，砂漿強(qiáng)度基本不變。

3 溶液硫酸根離子濃度對(duì)耐酸性能影響

采用pH=1硫酸以及硫酸鈉溶液對(duì)普通硅酸鹽水泥砂漿和高抗硫酸鹽水泥砂漿進(jìn)行侵蝕試驗(yàn)，其中硫酸溶液中m(SO42-)≈4800mg/L，而硫酸鈉溶液中m(SO42-)≈28800mg/L，研究強(qiáng)酸性條件下不同硫酸根離子濃度對(duì)砂漿材料的腐蝕程度。

3.1 砂漿的質(zhì)量變化

圖5 不同pH時(shí)OPC砂漿強(qiáng)度變化

圖6 不同pH時(shí)SRPC砂漿強(qiáng)度變化

圖7 硫酸溶液中砂漿質(zhì)量變化

圖8 酸性硫酸鈉溶液中砂漿質(zhì)量變化

測(cè)量砂漿在不同齡期侵蝕后質(zhì)量，算得的變化率如圖7和圖8所示。

由圖7和圖8中砂漿的質(zhì)量變化可以得出：隨著侵蝕時(shí)間的增加，兩種環(huán)境下砂漿的質(zhì)量都在減?。辉诹蛩徕c溶液中，砂漿質(zhì)量都一直處于減小的狀態(tài)，而硫酸溶液中，早期砂漿質(zhì)量會(huì)稍許增長(zhǎng)，這是因?yàn)榱蛩崛芤褐泻写罅苛蛩岣x子，氫離子腐蝕砂漿后使其釋放出的Ca2+與外界的SO42-結(jié)合生成CaSO4·2H2O沉淀并在砂漿表面附著，使砂漿質(zhì)量快速增加，隨著腐蝕程度加深，在內(nèi)部生成的CaSO4·2H2O由于體積增大而產(chǎn)生膨脹應(yīng)力。一旦膨脹應(yīng)力大于其受到的束縛作用力，就會(huì)使砂漿表面出現(xiàn)裂縫，表面的物質(zhì)自動(dòng)剝落，極大的破壞了砂漿的質(zhì)量；經(jīng)歷91天侵蝕后，硫酸溶液中砂漿質(zhì)量損失在5%左右，而強(qiáng)酸性硫酸鈉溶液中，砂漿通常會(huì)有20%的質(zhì)量損失，強(qiáng)酸性硫酸鈉溶液對(duì)砂漿的腐蝕性較嚴(yán)重。

3.2 砂漿的強(qiáng)度變化

測(cè)量砂漿在不同齡期侵蝕后的抗壓強(qiáng)度，算得的強(qiáng)度變化率如圖9和圖10所示。

由圖9和圖10中砂漿的強(qiáng)度變化率可以得出：在兩種強(qiáng)酸性溶液中，OPC砂漿與SRPC砂漿抗壓強(qiáng)度快速下降。90d內(nèi)強(qiáng)度損失在35%以上；兩種砂漿在硫酸鈉溶液中浸泡42d后，砂漿表面沙礫嚴(yán)重裸露，強(qiáng)度損失基本在40%以上，大大影響了后期砂漿強(qiáng)度的測(cè)驗(yàn)；OPC砂漿表現(xiàn)出比SRPC砂漿好的耐酸性能。

4 結(jié)論

圖9 硫酸溶液中砂漿強(qiáng)度變化

圖10 強(qiáng)酸性硫酸鈉溶液中砂漿強(qiáng)度變化

①在pH=1的酸液中，OPC砂漿與SRPC砂漿在酸性溶液中浸泡56d后，強(qiáng)度損失均已超過(guò)50%。而在pH=4的溶液在測(cè)試齡期內(nèi)，砂漿的強(qiáng)度未表現(xiàn)出下降的趨勢(shì)。說(shuō)明溶液pH值對(duì)水泥砂漿物理力學(xué)性能劣化影響有很大影響，隨酸性的增強(qiáng)砂漿性能劣化速率加劇。

②試驗(yàn)中，pH=1的溶液SO42-濃度為4800mg/L時(shí)，SO42-不加劇腐蝕速率，反而因生成的二水石膏在表面的聚集，而具有暫時(shí)的保護(hù)作用；而SO42-濃度高時(shí)（約28800mg/L），H+與SO42-共同作用加劇砂漿劣化速率。故硫酸根離子濃度較高時(shí)對(duì)砂漿的腐蝕性較強(qiáng)。

③試驗(yàn)中OPC砂漿與SRPC砂漿在不同的酸性環(huán)境下，基本表現(xiàn)出相同的腐蝕特性，OPC砂漿整體耐酸性能稍強(qiáng)于SRPC砂漿。

[1]楊凱,周明凱,李北星,唐凱.不同水泥砂漿的耐酸性研究[J].新世紀(jì)水泥導(dǎo)報(bào),2011,02:3-8，10.

[2]楊凱,劉江,施載玲,李北星.強(qiáng)酸性環(huán)境下砂漿性能變化研究[J].混凝土,2011,02:113-115.

[3]李北星,劉江,蔡老虎,劉昌國(guó).酸性環(huán)境下混凝土壽命預(yù)測(cè)模型的建立及應(yīng)用[J].水運(yùn)工程,2012,06:69-73.

[4]魏有儀,羅健,肖允發(fā),鐘生軍,巫錫勇.水泥砂漿酸性侵蝕試驗(yàn)研究Ⅰ非流動(dòng)酸性水侵蝕試驗(yàn)[J].硅酸鹽學(xué)報(bào),1998,04:9-15.

[5]陳明鳳,蔡素德,趙純蘭.利用pH值梯度研究建筑砂漿的酸蝕程度[J].重慶環(huán)境科學(xué),1996,05:33-35.

[6]元強(qiáng),鄧德華,張文恩,劉軼翔.硫酸鈉侵蝕下?lián)椒勖夯疑皾{的體積膨脹規(guī)律及其機(jī)理研究[J].混凝土,2006,01:33-35，42.