程 潔

寧夏公路橋梁建設(shè)有限公司（750000）

我國不斷擴(kuò)大混凝土工程的建設(shè)規(guī)模，因此也不斷提高了對于混凝土安全性能和使用性能的要求。 當(dāng)前混凝土結(jié)構(gòu)使用環(huán)境逐漸惡化，環(huán)境中的酸堿鹽會侵蝕混凝土，導(dǎo)致混凝土工程發(fā)生老化問題，需要引起業(yè)界注意。 硫酸鹽主要是借助地下水和空氣侵蝕混凝土，引發(fā)混凝土開裂等損傷。 混凝土發(fā)生損傷之后，其抗壓強(qiáng)度將會降低，從而導(dǎo)致其耐久性受到影響，因此需要預(yù)防硫酸鹽對于混凝土的侵蝕，有效提高混凝土的使用壽命。

1 研究背景

混凝土結(jié)構(gòu)具有良好的安全性， 工程量小、施工便利、工期短，因此在當(dāng)前很多工程中選擇使用混凝土材料。 但是在使用過程中，混凝土材料在各種化學(xué)腐蝕的影響下，強(qiáng)度降低、力學(xué)性能退化，從而造成較大的經(jīng)濟(jì)損失，導(dǎo)致人身財(cái)產(chǎn)安全受到嚴(yán)重影響。 化學(xué)腐蝕主要是硫酸鹽侵蝕，其影響混凝土材料的力學(xué)性能，因此需要分析各類因素對混凝土力學(xué)性能的影響。

近些年很多專家致力于研究硫酸鹽侵蝕對于混凝土強(qiáng)度的影響。 如研究混凝土在硫酸根離子作用下的損傷變化， 繪制出混凝土抗壓強(qiáng)度的曲線圖，并且總結(jié)其變化規(guī)律；研究干濕循環(huán)產(chǎn)生的強(qiáng)度損傷，明確周圍環(huán)境影響條件下混凝土構(gòu)件性能改變的規(guī)律，為后續(xù)研究提供參考。 隨著硫酸鹽干濕循環(huán)次數(shù)的逐漸增加，混凝土的抗壓強(qiáng)度將會降低。經(jīng)過15 次硫酸鹽干濕循環(huán)之后，混凝土的質(zhì)量會明顯增大；繼續(xù)增加干濕循環(huán)次數(shù)，混凝土的質(zhì)量變化就會比較小。在不同劣化作用下分析混凝土力學(xué)性能， 短期內(nèi)的硫酸鹽干濕循環(huán)試驗(yàn)證明，對于水泥混凝土力學(xué)性能并不會產(chǎn)生較大的影響[1]。

當(dāng)前國內(nèi)外學(xué)者較全面地研究了不同因素單獨(dú)作用下的混凝土強(qiáng)度特征，但是很少研究多種因素共同作用下的混凝土強(qiáng)度特征。 在今后工作中需要加大研究力度，明確混凝土力學(xué)性能在多種因素影響下的變化規(guī)律，為水泥混凝土工程設(shè)計(jì)工作起到參考作用。

2 混凝土硫酸鹽腐蝕的試驗(yàn)研究

2.1 研究方向及試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)采用150 mm×150 mm 標(biāo)準(zhǔn)立方體試件。石灰石粉、粉煤灰等的摻量≤40%；石灰石粉比表面積＞300 m2/kg；水泥采用 P·O 42.5R，比表面積≥300 m2/kg；水膠比為0.35～0.50；試驗(yàn)設(shè)備的直流脈沖電壓為 10～60 V、脈沖周期為 10～30 s。

在5 ℃下進(jìn)行硫酸鹽侵蝕試驗(yàn)。 溶液為陰極氫氧化鈉溶液、陽極硫酸鈉和7 水硫酸鎂溶液。 以低溫硫酸鹽侵蝕程度表征混凝土立方體抗壓強(qiáng)度，試驗(yàn)結(jié)果如下:

1）C30-1 混凝土:水膠比為 0.42，砂率為 41%，P·O 42.5R 為 280；混凝土含粉煤灰 0 kg/m3、石灰?guī)r粉 40 kg/m3、硅粉 0 kg/m3、水 159 kg/m3、減水劑 8.8 kg/m3（2.2%）、水洗砂 760 kg/m3、10～30 mm 碎石 164 kg/m3、10～20 mm 碎石 766 kg/m3、5～10 mm 碎石 164 kg/m3； 浸蝕后抗壓強(qiáng)度分別為 56 d～42.6 MPa、88 d～50.8 MPa、210 d～49.8 MPa。

2）C30-2 混凝土:水膠比為 0.42，砂率為 41%，P·O 42.5R 為 280；混凝土含粉煤灰 0 kg/m3、石灰?guī)r粉 120 kg/m3、硅粉 0 kg/m3、水 159 kg/m3、減水劑 8.8 kg/m3（2.2%）、水洗砂 757 kg/m3、10～30 mm 碎石 163 kg/m3、10～20 mm 碎石 762 kg/m3、5～10 mm 碎石 163 kg/m3； 浸蝕后抗壓強(qiáng)度分別為 56 d～47.5 MPa、88 d～52.2 MPa、210 d～51.0 MPa。

3）C30-3 混凝土:水膠比為 0.42，砂率為 41%，P·O 42.5R 為 280；混凝土含粉煤灰 60 kg/m3、石灰?guī)r粉 60 kg/m3、硅粉 0 kg/m3、水 159 kg/m3、減水劑8.8 kg/m3（2.2%）、水洗砂 764 kg/m3、10～30 mm 碎石165 kg/m3、10～20 mm 碎石 769 kg/m3、5～10 mm 碎石 165 kg/m3； 浸蝕后抗壓強(qiáng)度分別為 56 d～41.7 MPa、88 d～48.6 MPa、210 d～47.6 MPa。

4）C30-4 混凝土:水膠比 0.42，砂率 41%，P·O 42.5R 為280，混凝土含粉煤灰90 kg/m3、含石灰?guī)r粉 0 kg/m3、含硅粉 30 kg/m3、含水 159 kg/m3、含減水劑 8.8 kg/m3（2.2%）、水洗砂 749 kg/m3、10～30 mm碎 石 162 kg/m3、10 ～20 mm 碎 石 754 kg/m3、5 ～10 mm 碎石162 kg/m3， 浸蝕后抗壓強(qiáng)度分別為56 d～46.3 MPa、88 d～51.1 MPa、210 d～50.5 MPa。

2.2 影響因素

2.2.1 環(huán)境因素的影響

混凝土結(jié)構(gòu)所處的環(huán)境比較復(fù)雜，不同因素對于混凝土硫酸鹽侵蝕產(chǎn)生較大的影響。 可以分析硫酸鹽濃度對于混凝土的影響，分析不同SO42-濃度下混凝土強(qiáng)度性能的演變。 通過5 ℃的低溫硫酸鹽侵蝕試驗(yàn)可發(fā)現(xiàn)，在相同濃度的硫酸鹽浸泡下，以混凝土標(biāo)號 C30-3 為例，測得 65 d、88 d、210 d 立方體抗壓強(qiáng)度分別為 41.7 MPa、48.6 MPa、46.1 MPa，前期強(qiáng)度逐漸增強(qiáng)，后期強(qiáng)度會衰減。 但是后期還需要通過大量的試驗(yàn)進(jìn)行跟蹤研究，并且還需要加強(qiáng)研究臨界溫度和低溫條件中硫酸鹽侵蝕的特征和機(jī)理[2]。也可以升高SO42-濃度，研究強(qiáng)度轉(zhuǎn)變的區(qū)間。 SO42-濃度直接關(guān)系到硫酸鹽侵蝕反應(yīng)， 如果SO42-濃度在1 000 mg/L 以內(nèi)， 將會形成鈣礬石晶體；如果SO42-濃度在8 000 mg/L 以上，主要是產(chǎn)生石膏侵蝕。 不斷提高濃度之后，將會產(chǎn)生強(qiáng)烈的石膏侵蝕作用[3]。

溫度會直接影響到硫酸鹽的侵蝕速度，提升溫度之后將會進(jìn)一步加劇硫酸鹽侵蝕。 但是溫度存在臨界值，臨界值以內(nèi)，溫度升高力學(xué)性能衰減；超過臨界值，硫酸鹽腐蝕產(chǎn)物的溶解量增加，從而減緩混凝土力學(xué)性能的劣化速度。 在低溫狀態(tài)中，硫酸鹽侵蝕將會產(chǎn)生規(guī)律性變化， 如果溫度在6 ℃左右，混凝土中的C-S-H 可以轉(zhuǎn)化為碳硫硅鈣石；在不同溫度下，可以保障生成碳硫硅鈣的穩(wěn)定性，使混凝土喪失強(qiáng)度，最終潰散。

2.2.2 材料因素的影響

硫酸鹽侵蝕屬于濃度梯度驅(qū)動擴(kuò)散現(xiàn)象，如果試件具有較低的滲透性，將會阻礙硫酸鹽入侵。 因此，低水灰比可以抵抗硫酸鹽侵蝕，混凝土具有較高的強(qiáng)度；逐漸增加水灰比之后，將會明顯縮短強(qiáng)度增長期。

通過試驗(yàn)證明：在混凝土中合理摻加粉煤灰和石灰?guī)r粉、硅灰等活性材料，可以提高混凝土的抗硫酸鹽侵蝕能力。 對不同配合比的摻合料進(jìn)行立方體抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，在環(huán)境和其他材料都相同的情況下，加入粉煤灰和石灰?guī)r粉的試件各齡期抗壓強(qiáng)度分別為 41.7 MPa、48.6 MPa、47.6 MPa，較其他摻合料試件都低。 但是需要進(jìn)一步研究最佳摻量。

2.2.3 抗壓狀態(tài)的影響

當(dāng)前主要采用單軸抗壓強(qiáng)度來描述硫酸鹽侵蝕程度， 但實(shí)際上混凝土結(jié)構(gòu)處于三維受力狀態(tài)。在多軸狀態(tài)下:①將會改變混凝土力學(xué)性能，影響結(jié)構(gòu)的耐久性；②水平組合各種荷載也會影響到混凝土性能。 因此，今后還需要研究硫酸鹽侵蝕混凝土多軸破壞準(zhǔn)則[4]。

混凝土結(jié)構(gòu)在實(shí)際工作中承擔(dān)著動態(tài)荷載，在荷載和硫酸鹽侵蝕的影響下，混凝土也承受著靜力荷載。 動態(tài)荷載下相對較少地涉及硫酸鹽侵蝕特征，后續(xù)還需研究動態(tài)荷載下影響硫酸鹽侵蝕混凝土的規(guī)律。

3 結(jié)語

硫酸鹽侵蝕會劣化混凝土性能，因此文章研究了硫酸鹽侵蝕對混凝土強(qiáng)度的影響，明確了混凝土強(qiáng)度影響因素。 應(yīng)注意混凝土的使用區(qū)域，如在硫酸鹽侵蝕環(huán)境中，需提高混凝土的耐久性能，確保混凝土工程的質(zhì)量。 相關(guān)研究有助于擴(kuò)大混凝土材料的應(yīng)用領(lǐng)域，為建筑行業(yè)的發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。