肖鵬震，張戎令,2，胡銳鵬，石小清，竇曉崢，熊澤宇

(1. 蘭州交通大學(xué)土木工程學(xué)院，甘肅 蘭州 730070) (2. 蘭州交通大學(xué) 道橋工程災(zāi)害防治技術(shù)國(guó)家地方聯(lián)合工程實(shí)驗(yàn)室，甘肅 蘭州 730070) (3. 中鐵西安勘察設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，陜西 西安 710054) 4. 中鐵21局集團(tuán)有限公司，甘肅 蘭州 730070)

1 前 言

硫酸鹽對(duì)混凝土的侵蝕是一個(gè)十分復(fù)雜的過(guò)程，其中涉及到物理、化學(xué)等多方面作用，是影響混凝土耐久性的重要因素之一[1]。我國(guó)沿海和內(nèi)陸鹽湖地區(qū)土壤中的硫酸鹽含量豐富，對(duì)混凝土構(gòu)筑物造成了嚴(yán)重危害[2]。

目前，國(guó)內(nèi)外學(xué)者針對(duì)混凝土的抗硫酸鹽侵蝕性已進(jìn)行了大量研究，并取得了很多有價(jià)值的成果。張曉佳等[3]在分析硫酸鹽侵蝕對(duì)水泥基膠凝材料鋁相水化產(chǎn)物和C-S-H影響的基礎(chǔ)上，歸納了現(xiàn)有水泥基膠凝材料硫酸鹽侵蝕的作用機(jī)理。高禮雄等[4]通過(guò)一年的浸泡試驗(yàn)，系統(tǒng)研究了鋇鹽對(duì)混凝土抗硫酸鹽侵蝕作用的有效性，結(jié)果表明，鋇鹽對(duì)混凝土抗硫酸鹽侵蝕破壞的改善作用與其種類(lèi)和摻量有關(guān)。Monteiro等[5]通過(guò)分析硫酸鹽長(zhǎng)期侵蝕試驗(yàn)下混凝土的膨脹數(shù)據(jù)，認(rèn)為水膠比和C3A含量對(duì)混凝土的失效時(shí)間有很大影響。馬志鳴等[6]通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)暴露實(shí)驗(yàn)指出，侵蝕到混凝土試件內(nèi)部的自由SO42-含量與混凝土內(nèi)部該深度處的總SO42-含量隨著侵蝕齡期和水膠比的不同而變化。劉俊[7]通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究指出，當(dāng)摻合料摻量為50%～60%(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同)時(shí)(粉煤灰、礦粉各占摻合料總量的50%)，混凝土的抗硫酸鹽侵蝕性能較好。蘇建彪[8]等指出，在較低濃度的硫酸鹽、鎂鹽雙重侵蝕溶液中，降低水膠比、增加粉煤灰摻量，可在一定程度上提高試件的抗雙重侵蝕能力；但在高濃度雙重侵蝕環(huán)境中，即使降低水膠比、增大粉煤灰摻量，也難以有效抵抗侵蝕破壞。Tumidajski等[9]在Fick第二定律的基礎(chǔ)上建立了SO42-濃度及擴(kuò)散深度隨時(shí)間變化的關(guān)系理論模型。Gospodinov等[10]通過(guò)研究指出SO42-在混凝土內(nèi)部的擴(kuò)散程度可以通過(guò)其抗壓強(qiáng)度、孔隙率來(lái)確定。雖然目前對(duì)混凝土中硫酸鹽侵蝕損傷機(jī)理有了相當(dāng)研究，但對(duì)混凝土在不同條件下SO42-的擴(kuò)散規(guī)律研究相對(duì)較少。

本文通過(guò)對(duì)混凝土進(jìn)行硫酸鹽全浸泡試驗(yàn)，對(duì)不同水膠比、不同養(yǎng)護(hù)時(shí)間的混凝土試塊受侵蝕的劣化過(guò)程進(jìn)行進(jìn)一步分析，并對(duì)SO42-在混凝土內(nèi)部的擴(kuò)散規(guī)律進(jìn)行了研究，以期為我國(guó)西北硫酸鹽強(qiáng)腐蝕地區(qū)混凝土耐久性研究提供理論依據(jù)。

2 試 驗(yàn)

2.1 試驗(yàn)原材料

本試驗(yàn)的水泥采用甘肅祁連山水泥有限公司的P·O 42.5級(jí)水泥，各項(xiàng)性能指標(biāo)見(jiàn)表1。粗骨料采用5～20 mm連續(xù)級(jí)配碎石，含泥量為0.5%，泥塊含量為0.1%，壓碎指標(biāo)為10%，表觀密度為2670 kg/m3。細(xì)骨料采用天然河砂，中砂，細(xì)度模數(shù)為2.66，含泥量為0.7%，表觀密度為2651 kg·m-3；減水劑采用聚羧酸高性能減水劑，減水率為25.6%。

表1 P·O 42.5級(jí)水泥性能指標(biāo)

2.2 試驗(yàn)配合比

試驗(yàn)設(shè)計(jì)了3種水膠比混凝土，分別為0.32，0.35和0.38，具體配合比見(jiàn)表2。

表2 混凝土配合比

2.3 試驗(yàn)方案及指標(biāo)

按照表2配比，稱(chēng)取定量材料依次放入混凝土攪拌機(jī)并攪拌至規(guī)定時(shí)間，混凝土入模振動(dòng)后成型，抗壓強(qiáng)度試件尺寸采用100 mm×100 mm×100 mm，動(dòng)彈性模量試件尺寸采用100 mm×100 mm×400 mm，放入標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室養(yǎng)護(hù)24 h后脫模，脫模后分兩批繼續(xù)養(yǎng)護(hù)3 d及28 d。

將達(dá)到規(guī)定齡期的混凝土試件全浸泡于(20±2) ℃、質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%的Na2SO4溶液中，液面高度需高出試件頂面10 mm。為保持Na2SO4溶液濃度及pH穩(wěn)定，每隔30 d更換一次溶液，且每隔7 d測(cè)試溶液pH并用硫酸溶液進(jìn)行滴定。每隔30 d測(cè)定一次溶液中混凝土試塊的質(zhì)量、動(dòng)彈性模量、抗壓強(qiáng)度以及混凝土各深度處SO42-含量等指標(biāo)。

2.3.1 質(zhì)量損失率

混凝土抗硫酸鹽侵蝕性能采用質(zhì)量損失率w進(jìn)行評(píng)價(jià)，質(zhì)量損失率由試件初始質(zhì)量和在硫酸鹽溶液中浸泡到某一齡期后質(zhì)量的差值與初始質(zhì)量之比來(lái)表示。質(zhì)量損失率w的計(jì)算公式見(jiàn)式(1)：

(1)

式中：

Mt——侵蝕齡期為t天時(shí)試件的質(zhì)量(kg)；

M0——試件初始質(zhì)量(kg)。

2.3.2 相對(duì)動(dòng)彈性模量

動(dòng)彈性模量與材料自身結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，當(dāng)混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生變化時(shí)，動(dòng)彈性模量也隨之發(fā)生相應(yīng)變化。在混凝土凍融破壞中，水在混凝土毛細(xì)孔中結(jié)冰造成凍脹開(kāi)裂，進(jìn)而引起混凝土性能的劣化，在凍融試驗(yàn)中用相對(duì)動(dòng)彈性模量Er評(píng)定[11]，計(jì)算公式見(jiàn)式(2)：

(2)

式中：

Et——混凝土經(jīng)過(guò)一定凍融次數(shù)的動(dòng)彈性模量(MPa)；

E0——試件初始動(dòng)彈性模量(MPa)。

而在硫酸鹽腐蝕中，高濃度硫酸鹽會(huì)析出結(jié)晶填充毛細(xì)孔，使體積膨脹；另外SO42-會(huì)與混凝土中的水泥水化產(chǎn)物發(fā)生反應(yīng)生成膨脹性鈣礬石和石膏。上述兩種腐蝕方式同樣會(huì)使混凝土開(kāi)裂，改變混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)，引起動(dòng)彈性模量的變化。混凝土抗硫酸鹽侵蝕性能采用相對(duì)動(dòng)彈性模量P進(jìn)行評(píng)價(jià)，本文中相對(duì)動(dòng)彈性模量計(jì)算公式見(jiàn)式(3)：

(3)

式中:

Et——侵蝕齡期為t天時(shí)試件的動(dòng)彈性模量(MPa)；

E0——試件初始動(dòng)彈性模量(MPa)。

混凝土動(dòng)彈性模量測(cè)試依據(jù)《普通混凝土長(zhǎng)期性能和耐久性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T 50082-2009)相關(guān)規(guī)定，使用DT-W18動(dòng)彈性模量測(cè)定儀進(jìn)行試驗(yàn)。首先測(cè)定試件的質(zhì)量和尺寸，確保動(dòng)彈性模量測(cè)定儀各部件的連接和相對(duì)位置符合規(guī)范要求，然后調(diào)整測(cè)定儀使試件達(dá)到共振狀態(tài)，以此時(shí)所顯示的共振頻率作為試件的基頻振動(dòng)頻率?；炷羷?dòng)彈性模量計(jì)算公式見(jiàn)式(4)：

Ed=13.244×10-4×WL3f2/a4

(4)

式中：

Ed——混凝土動(dòng)彈性模量(MPa)；

a——正方形截面試件的邊長(zhǎng)(mm)；

L——試件的長(zhǎng)度(mm)；

W——試件的質(zhì)量(kg)，精確到0.01 kg；

f——試件橫向振動(dòng)時(shí)的基頻振動(dòng)頻率(Hz)。

2.3.3 抗蝕系數(shù)

在實(shí)際工程中，混凝土結(jié)構(gòu)在同一齡期下受侵蝕與未受侵蝕試樣的性能對(duì)比難以實(shí)現(xiàn)，為了更準(zhǔn)確地評(píng)定實(shí)際混凝土服役到某一齡期后的劣化程度，引入初始抗壓強(qiáng)度定義?；炷量沽蛩猁}侵蝕性能采用抗蝕系數(shù)R進(jìn)行評(píng)價(jià)，抗蝕系數(shù)計(jì)算公式見(jiàn)式(5)：

(5)

式中：

ft——侵蝕齡期為t天時(shí)試件的抗壓強(qiáng)度(MPa)；

f0——試件初始抗壓強(qiáng)度(MPa)。

抗壓強(qiáng)度測(cè)試依據(jù)《混凝土物理力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T 50081-2019)相關(guān)規(guī)定，使用3000 kN微機(jī)控制電液伺服壓力試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)。

2.3.4 硫酸根離子含量

達(dá)到規(guī)定侵蝕齡期時(shí)，取距離混凝土試塊表面1～2 cm、2～3 cm深度處的粉末試樣，取樣示意圖見(jiàn)圖1。滲透到混凝土內(nèi)部的SO42-濃度以SO3計(jì)量，其測(cè)試方法根據(jù)《水泥化學(xué)分析方法》(GBT 176-2008)中硫酸鋇重量法(基準(zhǔn)法)進(jìn)行，其測(cè)試原理為試樣溶液先加入HCl調(diào)至弱酸性，煮沸后加入BaCl2溶液產(chǎn)生沉淀，經(jīng)過(guò)濾、灰化、高溫灼燒、稱(chēng)重等步驟，以測(cè)定混凝土試件不同深度處的SO42-含量。

圖1 取樣位置示意圖：(a)1～2 cm深度處，(b)2～3 cm深度處Fig.1 Schematic diagram of sampling location:(a)1～2 cm depth，(b)2～3 cm depth

3 硫酸鹽侵蝕對(duì)混凝土性能的影響

3.1 質(zhì)量損失率

混凝土受硫酸鹽侵蝕后其性能劣化宏觀表現(xiàn)為出現(xiàn)裂縫并伴有一定程度的剝落，可以用混凝土的質(zhì)量損失來(lái)表示。質(zhì)量損失率為正時(shí)，說(shuō)明混凝土試件受侵蝕后質(zhì)量減少；質(zhì)量損失率為負(fù)時(shí)，說(shuō)明混凝土試件受侵蝕后質(zhì)量增加。不同水膠比和養(yǎng)護(hù)時(shí)間的混凝土在Na2SO4溶液中質(zhì)量損失變化規(guī)律如圖2所示。

由圖2a可知，經(jīng)過(guò)28 d的養(yǎng)護(hù)時(shí)間，隨著侵蝕齡期的增加，各水膠比試件質(zhì)量損失率呈現(xiàn)先降低后上升的趨勢(shì)。對(duì)比3種水膠比試件的質(zhì)量損失率曲線(xiàn)，水膠比越小則變化趨勢(shì)越平緩。侵蝕齡期小于90 d時(shí)，試件的質(zhì)量損失率都為負(fù)值，試件的質(zhì)量呈上升趨勢(shì)，且水膠比為0.38的混凝土試件上升趨勢(shì)最大。這是因?yàn)樵谇治g前期，進(jìn)入混凝土的硫酸鹽與水化產(chǎn)物發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)物在孔隙中不斷堆積，提高了混凝土的密實(shí)度，同時(shí)使混凝土質(zhì)量增加。侵蝕齡期為90 d時(shí)，0.32，0.35以及0.38水膠比的混凝土質(zhì)量損失率分別達(dá)到了-0.101%，-0.332%，-0.481%；當(dāng)侵蝕到第300 d時(shí)，各水膠比混凝土質(zhì)量損失率分別為1.254%，2.112%，2.741%。水膠比為0.38的混凝土質(zhì)量損失率最大，受硫酸鹽侵蝕破壞最大。Na2SO4溶液對(duì)混凝土質(zhì)量變化主要有兩方面影響：一方面是進(jìn)入混凝土中的SO42-與水化產(chǎn)物反應(yīng)生成的侵蝕產(chǎn)物在混凝土孔隙中填充聚集，暫時(shí)提高了混凝土密實(shí)度，表現(xiàn)為質(zhì)量增加[12]；另一方面由于反應(yīng)生成具有膨脹性的侵蝕產(chǎn)物，體積膨脹進(jìn)而導(dǎo)致混凝土開(kāi)裂，質(zhì)量隨之下降。

不同養(yǎng)護(hù)時(shí)間下0.32水膠比混凝土在Na2SO4溶液中的質(zhì)量損失率變化規(guī)律如圖2b。由圖可知，養(yǎng)護(hù)時(shí)間越長(zhǎng)，混凝土質(zhì)量損失率越小。養(yǎng)護(hù)3 d后進(jìn)行硫酸鹽侵蝕試驗(yàn)的混凝土質(zhì)量損失率一直呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，即混凝土質(zhì)量均呈現(xiàn)下降趨勢(shì)；養(yǎng)護(hù)28 d的混凝土質(zhì)量損失率先輕微減少后逐漸變大，即質(zhì)量先少量增加后隨侵蝕齡期的增加逐漸減小。

試驗(yàn)過(guò)程中通過(guò)對(duì)混凝土試塊外觀的觀察發(fā)現(xiàn)，養(yǎng)護(hù)3 d后進(jìn)行硫酸鹽侵蝕試驗(yàn)的混凝土，在第90 d時(shí)其外表已出現(xiàn)開(kāi)裂，使硫酸鹽侵蝕加劇，質(zhì)量下降更為明顯。當(dāng)侵蝕齡期為300 d時(shí)，養(yǎng)護(hù)時(shí)間為28 d的混凝土質(zhì)量損失率是養(yǎng)護(hù)時(shí)間為3 d的27%，說(shuō)明混凝土養(yǎng)護(hù)時(shí)間過(guò)短，其水化程度未完全，不利于其抗硫酸鹽侵蝕。

圖2 水膠比(a)和養(yǎng)護(hù)齡期(b)對(duì)混凝土受硫酸鹽侵蝕后質(zhì)量損失率的影響Fig.2 The influence of water-binder ratio (a) and curing time (b) on mass loss rate of concrete after sulfate attack

3.2 相對(duì)動(dòng)彈性模量

不同水膠比和養(yǎng)護(hù)時(shí)間的混凝土在Na2SO4溶液中的動(dòng)彈性模量變化規(guī)律如圖3。由圖3a可見(jiàn)，不同水膠比混凝土在全浸泡環(huán)境下相對(duì)動(dòng)彈性模量均呈現(xiàn)先增長(zhǎng)后下降的趨勢(shì)。相對(duì)動(dòng)彈性模量開(kāi)始時(shí)迅速上升，是因?yàn)榱蛩猁}與水化產(chǎn)物的生成物以及硫酸鹽形成的結(jié)晶填充混凝土內(nèi)部的裂縫和孔隙，使混凝土更加密實(shí)；隨著侵蝕齡期的增加，侵蝕產(chǎn)物的膨脹、結(jié)晶使混凝土產(chǎn)生更多的裂縫，使更多的硫酸鹽進(jìn)入混凝土，加快了混凝土的受侵蝕速率，動(dòng)彈性模量迅速下降。由圖3a可知，混凝土的相對(duì)動(dòng)彈性模量存在一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定階段，這取決于混凝土內(nèi)部裂縫的發(fā)展情況以及裂縫被填充的程度，若裂縫發(fā)展情況與被填充程度存在一個(gè)平衡，則相對(duì)動(dòng)彈性模量處于一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定階段[13]。

由試驗(yàn)可知，水膠比對(duì)混凝土的相對(duì)動(dòng)彈性模量影響很大，水膠比越大越不利于混凝土的抗硫酸鹽侵蝕。水膠比為0.32的混凝土相對(duì)動(dòng)彈性模量變化趨勢(shì)相比其他2個(gè)水膠比更為平緩，侵蝕齡期300 d時(shí)，其動(dòng)彈性模量相比初始動(dòng)彈性模量損失僅為2.31%，而0.35及0.38水膠比的混凝土動(dòng)彈性模量損失依次為4.38%以及8.96%。

圖3 水膠比(a)和養(yǎng)護(hù)時(shí)間(b)對(duì)混凝土受硫酸鹽侵蝕后動(dòng)彈性模量的影響Fig.3 The influence of water-binder ratio (a) and curing time (b) on dynamic elasticity modulus of concrete after sulfate attack

不同養(yǎng)護(hù)時(shí)間下水膠比為0.32的混凝土在Na2SO4溶液中的動(dòng)彈性模量變化規(guī)律如圖3b。由圖可見(jiàn)，養(yǎng)護(hù)時(shí)間為28 d和3 d的混凝土動(dòng)彈性模量總體變化規(guī)律類(lèi)似，均呈現(xiàn)先緩慢上升后加速下降的趨勢(shì)，最大動(dòng)彈性模量均出現(xiàn)于120 d時(shí)，但其變化速率有明顯差異。養(yǎng)護(hù)時(shí)間為28 d的混凝土，其最大動(dòng)彈性模量為49.48 GPa,相比初始動(dòng)彈性模量上升了2.3%；養(yǎng)護(hù)時(shí)間為7 d的混凝土，其最大動(dòng)彈性模量為47.32 GPa,相比初始動(dòng)彈性模量上升了1.8%，養(yǎng)護(hù)時(shí)間越短，動(dòng)彈性模量上升速率越小。

侵蝕齡期達(dá)到300 d時(shí)，養(yǎng)護(hù)時(shí)間為3 d的混凝土動(dòng)彈性模量降低至30 d侵蝕齡期時(shí)的92.8%，而養(yǎng)護(hù)時(shí)間28 d的混凝土動(dòng)彈性模量?jī)H降低至30 d侵蝕齡期時(shí)的95.2%?？梢?jiàn)，水化過(guò)程不完全，會(huì)導(dǎo)致混凝土密實(shí)程度降低，使混凝土更易受硫酸鹽侵蝕，SO42-更易進(jìn)入混凝土內(nèi)部，發(fā)生一系列反應(yīng)生成膨脹產(chǎn)物等。

3.3 抗蝕系數(shù)

不同水膠比和養(yǎng)護(hù)時(shí)間的混凝土在Na2SO4溶液中的抗壓強(qiáng)度變化規(guī)律如圖4。由圖4a可知，3種水膠比的混凝土抗蝕系數(shù)變化趨勢(shì)相同，可分為2個(gè)階段，第一個(gè)階段為增長(zhǎng)期，第二個(gè)階段為下降期。增長(zhǎng)期為侵蝕齡期120 d以前，混凝土的抗蝕系數(shù)增長(zhǎng)，其主要原因是早期的硫酸鹽與混凝土的水化產(chǎn)物發(fā)生一系列反應(yīng)，填充混凝土中的孔隙使混凝土更加密實(shí)；在第二個(gè)階段，隨著侵蝕齡期的增加，生成的鈣礬石以及石膏逐漸增多并產(chǎn)生膨脹，使混凝土內(nèi)部的孔隙和裂縫進(jìn)一步發(fā)展，致使混凝土強(qiáng)度降低，抗蝕系數(shù)減小。

水膠比的大小對(duì)混凝土的密實(shí)性有著決定性的作用。水膠比為0.32的混凝土經(jīng)過(guò)300 d的硫酸鹽侵蝕后，其抗蝕系數(shù)降低了1.25%，水膠比為0.35和0.38的混凝土分別降低了5.27%和7.29%，水膠比為0.32的混凝土抗蝕系數(shù)變化幅度最小，趨勢(shì)最為平緩，而0.35和0.38水膠比的混凝土抗蝕系數(shù)變化幅度更為劇烈，且在齡期達(dá)到180 d后進(jìn)入一個(gè)加速劣化階段，混凝土受硫酸鹽侵蝕破壞更加明顯。

不同養(yǎng)護(hù)時(shí)間的0.32水膠比混凝土在Na2SO4溶液中的抗壓強(qiáng)度變化規(guī)律如圖4b。兩種養(yǎng)護(hù)時(shí)間下的混凝土強(qiáng)度發(fā)展規(guī)律都分為兩個(gè)階段：前期增長(zhǎng)階段以及后期下降階段。養(yǎng)護(hù)28 d的混凝土強(qiáng)度增長(zhǎng)階段速度明顯大于養(yǎng)護(hù)3 d的混凝土，同時(shí)后期強(qiáng)度下降階段速度更慢。養(yǎng)護(hù)28 d后進(jìn)行硫酸鹽侵蝕的混凝土抗壓強(qiáng)度在整個(gè)侵蝕齡期都大于養(yǎng)護(hù)3 d后進(jìn)行硫酸鹽侵蝕的混凝土，說(shuō)明養(yǎng)護(hù)3 d即進(jìn)行硫酸鹽侵蝕試驗(yàn)，混凝土的水化過(guò)程受到抑制，無(wú)法達(dá)到正常強(qiáng)度水平。

圖4 水膠比(a)和養(yǎng)護(hù)時(shí)間(b)對(duì)混凝土受硫酸鹽侵蝕后抗壓強(qiáng)度的影響Fig.4 The influence of water-binder ratio (a) and curing time (b) on compressive strength of concrete after sulfate attack

4 硫酸鹽在混凝土中擴(kuò)散的影響因素

4.1 水膠比的影響

不同水膠比混凝土1～2 cm深處的SO42-濃度隨侵蝕齡期的增加規(guī)律見(jiàn)圖5。由圖5可見(jiàn)，混凝土1～2 cm深處的SO42-濃度隨著侵蝕齡期的增加而增加。試驗(yàn)條件下溶液的SO42-濃度基本保持不變，而混凝土內(nèi)部的SO42-濃度較低，SO42-會(huì)從高濃度的外界環(huán)境往低濃度的混凝土內(nèi)部不斷擴(kuò)散，使得混凝土內(nèi)部的SO42-濃度不斷增加。

圖5 水膠比對(duì)混凝土1～2 cm深度處SO42-濃度的影響Fig.5 The influence of water-binder ratio on the concentration of SO42- at 1～2 cm of concrete

隨著侵蝕齡期的增加，該混凝土1～2 cm深度處的SO42-濃度變化呈現(xiàn)兩個(gè)階段：前期快速增長(zhǎng)階段以及后期緩慢增長(zhǎng)階段。后期增長(zhǎng)速度放慢是因?yàn)殡S著侵蝕齡期的增加，SO42-與水化產(chǎn)物生成膨脹性產(chǎn)物，從而填充混凝土內(nèi)孔隙，使混凝土更加密實(shí)，阻塞了SO42-進(jìn)入混凝土的通道，進(jìn)而阻礙SO42-的進(jìn)一步擴(kuò)散。侵蝕齡期120 d前，內(nèi)部SO42-濃度增長(zhǎng)迅速，之后開(kāi)始放緩。侵蝕30 d時(shí)，0.32、0.35和0.38水膠比混凝土內(nèi)部1～2 cm深度處的SO42-濃度分別為1.05%、1.14%以及1.65%，侵蝕300 d時(shí)，SO42-濃度分別為3.06%、3.51%及4.04%，分別為30 d時(shí)的2.91倍、3.07倍以及3.26倍。此外，水膠比越大，混凝土內(nèi)SO42-濃度越大，其原因是水膠比增加時(shí)，混凝土中漿體的含量將減少，密實(shí)度降低，孔隙率增大，使得SO42-更容易且更快地侵蝕到混凝土內(nèi)部，擴(kuò)散的速度加快[14]。

4.2 養(yǎng)護(hù)時(shí)間的影響

不同養(yǎng)護(hù)時(shí)間下0.32水膠比混凝土2～3 cm深處的SO42-濃度隨侵蝕齡期的增加規(guī)律見(jiàn)圖6。由圖6可見(jiàn)，養(yǎng)護(hù)28 d的混凝土內(nèi)部SO42-增長(zhǎng)速度明顯低于養(yǎng)護(hù)3 d的混凝土試件。在相同侵蝕齡期和混凝土相同深度處，養(yǎng)護(hù)時(shí)間越長(zhǎng)，混凝土中SO42-濃度越小。

圖6 養(yǎng)護(hù)時(shí)間對(duì)混凝土2～3 cm深度處SO42-濃度的影響Fig.6 The influence of curing time on the concentration of SO42- at 2～3 cm of concrete

養(yǎng)護(hù)3 d的混凝土內(nèi)部SO42-在整個(gè)侵蝕齡期基本處于持續(xù)上升階段，養(yǎng)護(hù)28 d的混凝土內(nèi)部的SO42-濃度在侵蝕前期快速上升，然后進(jìn)入緩慢上升階段。養(yǎng)護(hù)時(shí)間為3 d的混凝土侵蝕齡期為30 d時(shí)，其內(nèi)部2～3 cm深度處的SO42-濃度為0.95%，侵蝕齡期為300 d時(shí)，該深度處的SO42-濃度為2.74%，相比侵蝕齡期為30 d時(shí)增大了1.88倍；養(yǎng)護(hù)時(shí)間為28 d的混凝土30 d侵蝕齡期時(shí)，2～3 cm深度處的SO42-濃度為0.82%，侵蝕齡期為300 d時(shí)為2.06%，相比侵蝕齡期為30 d時(shí)增大了1.52倍。由以上分析可知，養(yǎng)護(hù)時(shí)間越長(zhǎng)，混凝土內(nèi)部固定深度處的SO42-濃度越小，SO42-的傳輸擴(kuò)散速度越慢。這是因?yàn)榛炷琉B(yǎng)護(hù)時(shí)間越長(zhǎng)，其內(nèi)部水化越完全，密實(shí)度就越大，孔隙率就越低，從而使得SO42-在其中的擴(kuò)散速率越小[15]。

5 結(jié) 論

(1)Na2SO4全浸泡環(huán)境下，混凝土水膠比越小，其質(zhì)量損失率越小、相對(duì)動(dòng)彈性模量與抗蝕系數(shù)越大、內(nèi)部的SO42-濃度越小。降低水膠比有利于提高混凝土的抗硫酸鹽侵蝕能力。

(2)Na2SO4全浸泡環(huán)境下，養(yǎng)護(hù)3 d的混凝土各項(xiàng)測(cè)試指標(biāo)均低于養(yǎng)護(hù)28 d的混凝土。

(3)Na2SO4全浸泡環(huán)境下，混凝土養(yǎng)護(hù)時(shí)間從3 d提高到28 d后，混凝土中SO42-濃度明顯降低，且隨侵蝕齡期延長(zhǎng)，增長(zhǎng)速度降低。養(yǎng)護(hù)時(shí)間越長(zhǎng)，水化程度越完全，孔隙率越小，有效抑制了SO42-在混凝土中的傳輸擴(kuò)散。