劉 非，余紅發(fā)，麻海艦，馬好霞

(1.青海華億建筑工程質(zhì)量檢測有限公司，青海 西寧 810000;2.南京航空航天大學(xué) 土木工程系，江蘇 南京 210016;3.南京航空航天大學(xué) 金城學(xué)院，江蘇 南京 211156)

目前民航業(yè)普遍采用的飛機除冰液是以乙二醇、丙二醇等多元醇為主要原料，同時添加少量提高除冰效率的表面活性劑和阻蝕劑。飛機除冰液是否對水泥混凝土產(chǎn)生化學(xué)腐蝕?國內(nèi)外這方面的研究很少，也沒有形成共識。根據(jù)西安高科理化技術(shù)有限公司產(chǎn)品說明書，經(jīng)過100次干濕循環(huán)丙二醇對混凝土沒有腐蝕破壞。趙鴻鐸等對強度等級C20～C40的混凝土在飛機除冰液中腐蝕28 d，沒有發(fā)現(xiàn)如草酸鹽等新的腐蝕產(chǎn)物，由此得到飛機除冰液不腐蝕水泥混凝土的觀點［1］，但是如果延長腐蝕時間，這個結(jié)論就需要進(jìn)一步考證。余紅發(fā)所在課題組通過長達(dá)4 a多的浸泡腐蝕實驗，研究了普通水泥混凝土(Ordinary Portland Cement Concrete，OPC)、抗硫酸鹽水泥與硅酸鹽水泥制備的高性能混凝土(High Performance Concrete，HPC)分別在體積濃度為25%的乙二醇溶液和LBR-A型商品飛機除冰液中的腐蝕規(guī)律［2］，為進(jìn)一步研究飛機除冰液對水泥混凝土的腐蝕機理提供了可靠的實驗基礎(chǔ)。

1 原材料、配合比與試驗方法

1.1 原材料

主要原材料有:P·Ⅱ52.5純硅酸鹽水泥，其熟料組成為:C3S=55.5%，C2S=19.9%，C3A=6.6%，C4AF=10.2%;P·HSR42.5 級抗硫酸鹽水泥，其熟料組成為:C3S=48.20%，C3A=2.02%，水泥的基本物理力學(xué)性能和化學(xué)成分分別見表1和表2;I級粉煤灰(FA)細(xì)度6.8%，含水率0.04%，燒失量2.04%，需水量比93%，SO3含量1.22%，化學(xué)成分參見表2;河砂，表觀密度2500 kg/m3，堆積密度1615 kg/m3，含泥量1.0%，細(xì)度模數(shù)2.72，屬于Ⅱ區(qū)級配，中砂;玄武巖碎石，最大粒徑10 mm，表觀密度2820 kg/m3，堆積密度1435 kg/m3，含泥量0.3%，針片狀顆粒含量11.4%，壓碎指標(biāo)6%，屬于5～10 mm連續(xù)級配;JM-B型萘系高效減水劑，減水率達(dá)20%以上，Na2SO4含量小于2%，氯離子含量小于0.01%;JM-2000c高效引氣劑，推薦摻量為0.05‰～0.1‰;自來水。腐蝕介質(zhì)包括2種:第一種為模擬飛機除冰液(AD)，由乙二醇配制成體積濃度為25%的溶液，乙二醇的主要性能指標(biāo)見表3;第二種為LBR-A型商用除冰液，由石家莊路邦科技有限公司生產(chǎn)，配成體積濃度為25%的溶液。

表1 水泥物理力學(xué)性能

表2 主要原材料的化學(xué)成分 %

表3 乙二醇的主要性能指標(biāo)

1.2 配合比與試件制作

按照GJB 1578-92《機場道面水泥混凝土配合比設(shè)計技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》，設(shè)計了3種配合比混凝土:普通硅酸鹽水泥混凝土OPC、用抗硫酸鹽水泥制備的HPC1，和用硅酸鹽水泥制備的 HPC2，兩種HPC中均摻加了40%FA?；炷敛捎脵C械攪拌、振動成型，試件規(guī)格為40 mm×40 mm×160 mm和100 mm×100 mm×400 mm，試件成型后在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室?guī)ｐB(yǎng)護(hù)1 d后拆模，然后在20±3℃飽和石灰水中養(yǎng)護(hù)28 d，測定強度，并進(jìn)行耐久性實驗。其中，40 mm×40 mm×160 mm試件用于耐久性試驗，100 mm×100 mm×400 mm試件用于強度測試。3種混凝土的配合比及28 d抗壓強度見表4。

表4 混凝土配合比和28 d抗壓強度

1.3 實驗方法

以清水作為衡量飛機除冰液對水泥混凝土腐蝕的基準(zhǔn)，用體積濃度為25%的乙二醇溶液和LBR-A 溶液，浸泡時間分別為 30、90、120、150、180、210、245、506、975、1056、1093、1137、1246 和1522 d。在不同的浸泡時間，分別用電子天平和超聲波檢測儀測量試件的質(zhì)量和超聲波傳播速度。測試儀器為MP-5002型電子天平(精度為0.01 g)和NM－4B型無損非金屬超聲波檢測儀。

質(zhì)量變化率可用公式(1)計算［3］:

式中:Wl為質(zhì)量變化率(%);G0為試件的初始質(zhì)量(g);Gn為n天腐蝕后試件的質(zhì)量(g)。按照規(guī)范［3］采用5%的質(zhì)量損失率作為腐蝕破壞標(biāo)準(zhǔn)。

相對動彈性模量可用公式(2)計算［4］:

式中:Er為相對動彈性模量(%);E0，v0為混凝土試件的初始動彈性模量和初始聲速;En，vn為腐蝕n天后混凝土試件的動彈性模量和聲速;t0為混凝土試件的初始聲時;tn為混凝土試件經(jīng)過n天腐蝕后的聲時。

2 結(jié)果與討論

2.1 混凝土在飛機除冰液中的質(zhì)量變化

圖1是混凝土試件在25%濃度飛機除冰液作用下的質(zhì)量變化率。由圖可見，OPC、HPC1和HPC2在清水中經(jīng)過1522 d后質(zhì)量上升0.5%左右;試件在25%乙二醇溶液中腐蝕1522 d后，OPC質(zhì)量提高約1%，HPC1和HPC2腐蝕與在清水中類似，質(zhì)量上升約0.5%;試件在25%LBR-A除冰液中經(jīng) 1522 d腐蝕，可見 OPC、HPC1和HPC2質(zhì)量升高約1%。從腐蝕過程來看，乙二醇溶液對三種混凝土影響甚微，其質(zhì)量變化曲線與清水相似;而LBR-A除冰液對OPC影響相對較大，在1000 d時質(zhì)量上升約3%，而對HPC1和HPC2的影響并不明顯，質(zhì)量變化曲線與清水幾乎一致。因此，除冰液與OPC表層的CH發(fā)生化學(xué)腐蝕反應(yīng)，產(chǎn)生結(jié)晶腐蝕產(chǎn)物—羧酸鹽晶體［5］，使得混凝土試件質(zhì)量不減反增，LBR-A除冰液對混凝土表層的腐蝕性比乙二醇更強一些，在1000 d之后因腐蝕產(chǎn)物膨脹導(dǎo)致表面微裂紋，以致表面開始有剝蝕現(xiàn)象，所以才導(dǎo)致其質(zhì)量增加率開始下降。

圖1 混凝土在25%飛機除冰液作用下的質(zhì)量變化率

2.2 混凝土在飛機除冰液中的相對動彈性模量變化

圖2是混凝土試件在25%飛機除冰液作用下的相對動彈模量變化。由圖可見，經(jīng)過1522 d腐蝕，3種混凝土試件相對動彈性模量均保持在90%以上。從腐蝕過程來看，在乙二醇溶液作用下的3種混凝土相對動彈性模量與清水曲線幾乎一致;在LBR-A除冰液作用下的3種混凝土相對動彈性模量在腐蝕500 d左右時達(dá)到峰值，分別約為150%、130%和130%，在1000 d時與清水曲線基本重合。綜上，在飛機除冰液作用下水泥混凝土在500 d時內(nèi)部結(jié)構(gòu)最密實，在1000 d時趨于穩(wěn)定，但飛機除冰液的長期作用并不能對水泥混凝土的內(nèi)部結(jié)構(gòu)造成實質(zhì)性影響，說明飛機除冰液對水泥混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)沒有化學(xué)腐蝕，其腐蝕作用僅限于表層的逐層剝蝕。

圖2 混凝土在25%飛機除冰液作用下的相對動彈模量變化

2.3 混凝土在飛機除冰液中長期浸泡的表面特征和腐蝕機理分析

圖3是三種水泥混凝土試件在25%飛機除冰液中經(jīng)過1522 d腐蝕的表面特征。由圖可見，在乙二醇溶液中的OPC、HPC1和HPC2試件表面沒有任何剝蝕特征。在LBR-A除冰液中，OPC試件已有明顯棱角，表面部分砂漿剝落，露出腐蝕坑，顯然該試件已被剝蝕破壞;用抗硫酸鹽水泥制備的HPC1試件表面也呈現(xiàn)出白色滴狀析出物，棱角部分少量剝落，試件表面粗糙;而用硅酸鹽水泥制備的HPC2試件卻完好無損。混凝土表層附著的白色粉狀物體屬于一種粗大針狀物晶體，呈不規(guī)則分布，經(jīng)掃描電鏡能譜分析和紅外光譜分析得出該晶體主要為有機羧酸鹽類，主要化學(xué)反應(yīng)為除冰液中有機醇被氧化為羧酸后與混凝土中CH反應(yīng)生成羧酸鹽晶體，產(chǎn)生結(jié)晶應(yīng)力，造成表層混凝土開裂、脫皮破壞［5］。試驗結(jié)果說明，飛機除冰液長期作用下的OPC和HPC1表面剝蝕屬于化學(xué)腐蝕作用。因此，在LBR-A型商用除冰液的長期腐蝕作用下，OPC抗腐蝕性較差，用硅酸鹽水泥摻加40%FA配制的HPC抗腐蝕性最好，用抗硫酸鹽硅酸鹽水泥摻加40%FA配制的HPC抗腐蝕性次之。

圖3 水泥混凝土在25%飛機除冰液中1522 d的表面破壞特征

3 結(jié)論

(1)LBR-A型商用除冰液對混凝土長期作用具有一定的腐蝕性，可使普通水泥混凝土表面剝蝕破壞。

(2)硅酸鹽水泥高性能混凝土的抗LBR-A型商用除冰液和乙二醇溶液腐蝕性能最強。

(3)在不考慮經(jīng)濟(jì)因素的情況下，我國北方機場停機坪易用硅酸鹽水泥高性能混凝土建造，若再摻加40%FA配制抗腐蝕效果會更出色。

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