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(cè)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(jī)除冰液是以乙二醇、丙二醇等多元醇為主要原料，同時(shí)添加少量提高除冰效率的表面活性劑和阻蝕劑。飛機(jī)除冰液是否對(duì)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(shí)。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(duì)混凝土沒有腐蝕破壞。趙鴻鐸等對(duì)強(qiáng)度等級(jí)C20～C40的混凝土在飛機(jī)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(jī)除冰液不腐蝕水泥混凝土的觀點(diǎn)［1］，但是如果延長(zhǎng)腐蝕時(shí)間，這個(gè)結(jié)論就需要進(jìn)一步考證。余紅發(fā)所在課題組通過長(zhǎng)達(dá)4 a多的浸泡腐蝕實(shí)驗(yàn)，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(jī)除冰液中的腐蝕規(guī)律［2］，為進(jìn)一步研究飛機(jī)除冰液對(duì)水泥混凝土的腐蝕機(jī)理提供了可靠的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。

1 原材料、配合比與試驗(yàn)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(jí)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(jí)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(jí)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(jí)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(jī)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L(zhǎng)BR-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(jī)場(chǎng)道面水泥混凝土配合比設(shè)計(jì)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》，設(shè)計(jì)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(jī)械攪拌、振動(dòng)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(cè)定強(qiáng)度，并進(jìn)行耐久性實(shí)驗(yàn)。其中，40 mm×40 mm×160 mm試件用于耐久性試驗(yàn)，100 mm×100 mm×400 mm試件用于強(qiáng)度測(cè)試。3種混凝土的配合比及28 d抗壓強(qiáng)度見表4。

表4 混凝土配合比和28 d抗壓強(qiáng)度

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

以清水作為衡量飛機(jī)除冰液對(duì)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(shí)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(shí)間，分別用電子天平和超聲波檢測(cè)儀測(cè)量試件的質(zhì)量和超聲波傳播速度。測(cè)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(cè)儀。

質(zhì)量變化率可用公式(1)計(jì)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(duì)動(dòng)彈性模量可用公式(2)計(jì)算［4］:

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

2 結(jié)果與討論

2.1 混凝土在飛機(jī)除冰液中的質(zhì)量變化

圖1是混凝土試件在25%濃度飛機(jī)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(duì)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(duì)OPC影響相對(duì)較大，在1000 d時(shí)質(zhì)量上升約3%，而對(duì)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(duì)混凝土表層的腐蝕性比乙二醇更強(qiáng)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(jī)除冰液作用下的質(zhì)量變化率

2.2 混凝土在飛機(jī)除冰液中的相對(duì)動(dòng)彈性模量變化

圖2是混凝土試件在25%飛機(jī)除冰液作用下的相對(duì)動(dòng)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(duì)動(dòng)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(duì)動(dòng)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(duì)動(dòng)彈性模量在腐蝕500 d左右時(shí)達(dá)到峰值，分別約為150%、130%和130%，在1000 d時(shí)與清水曲線基本重合。綜上，在飛機(jī)除冰液作用下水泥混凝土在500 d時(shí)內(nèi)部結(jié)構(gòu)最密實(shí)，在1000 d時(shí)趨于穩(wěn)定，但飛機(jī)除冰液的長(zhǎng)期作用并不能對(duì)水泥混凝土的內(nèi)部結(jié)構(gòu)造成實(shí)質(zhì)性影響，說明飛機(jī)除冰液對(duì)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(jī)除冰液作用下的相對(duì)動(dòng)彈模量變化

2.3 混凝土在飛機(jī)除冰液中長(zhǎng)期浸泡的表面特征和腐蝕機(jī)理分析

圖3是三種水泥混凝土試件在25%飛機(jī)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?；炷帘韺痈街陌咨蹱钗矬w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(jī)羧酸鹽類，主要化學(xué)反應(yīng)為除冰液中有機(jī)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(yàn)結(jié)果說明，飛機(jī)除冰液長(zhǎng)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(zhǎng)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(jī)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(duì)混凝土長(zhǎng)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(qiáng)。

(3)在不考慮經(jīng)濟(jì)因素的情況下，我國北方機(jī)場(chǎng)停機(jī)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(huì)更出色。

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