鄭 毅，王愛國，劉開偉，朱穎燦，王星堯

（1.安徽建筑大學(xué)安徽省先進(jìn)建筑材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，安徽合肥 230022；2.南昆士蘭大學(xué) 未來材料中心，昆士蘭圖文巴 4350）

外界環(huán)境或混凝土內(nèi)部的硫酸鹽離子與水泥水化產(chǎn)物發(fā)生反應(yīng)引起混凝土膨脹、開裂、剝落等，進(jìn)而導(dǎo)致混凝土強(qiáng)度降低甚至喪失［1-6］.采用新型膠凝材料替代傳統(tǒng)硅酸鹽水泥是提升混凝土抗硫酸鹽侵蝕的重要途徑.地聚物是一類由具有火山灰活性或潛在水硬性的硅鋁質(zhì)原料與堿性激發(fā)劑反應(yīng)而形成的 非 傳 統(tǒng) 膠 凝 材 料［7-8］.Adamiec等［9］和Lothenbach等［10］依據(jù)原料中CaO含量的不同，將地聚物分為無鈣、低鈣和高鈣3種體系，各體系中代表性原料分別為偏高嶺土、粉煤灰和礦渣.不同體系地聚物由于硅鋁質(zhì)原料理化特性不同，其產(chǎn)物組成與結(jié)構(gòu)上存在差異.偏高嶺土基地聚物的主要反應(yīng)產(chǎn)物是水化硅鋁酸鈉（N-A-S-H）凝膠（偶有結(jié)晶良好的類沸石、沸石晶體）［11-13］，理論上在硫酸鹽侵蝕過程中不生成石膏和鈣礬石（AFt）等侵蝕反應(yīng)產(chǎn)物［14］.而礦渣基地聚物原料中含有大量Ca2＋，主要反應(yīng)產(chǎn)物是低鈣硅比的 水 化 硅（鋁）酸 鈣（C-（A）-S-H）凝 膠［11，15-16］，在MgSO4作用下容易脫去Ca2＋，反應(yīng)生成石膏或AFt［17-18］.Beltrame等［19］發(fā)現(xiàn) 礦渣基地聚物全 浸泡在5%MgSO4溶液中侵蝕120 d后抗壓強(qiáng)度損失明顯，水化硅酸鈣（C-S-H）凝膠脫去Ca2＋后，與SO2-4反應(yīng)生成石膏.（NH4）2SO4對于傳統(tǒng)水泥基材料的侵蝕破壞 作用明 顯強(qiáng)于Na2SO4［20-21］.NH＋4會降低水泥基材料孔隙溶液的pH值，破壞產(chǎn)物凝膠穩(wěn)定存在的環(huán)境.（NH4）2SO4可直接與水泥水化產(chǎn)物Ca（OH）2和C-S-H凝膠發(fā)生反應(yīng)生成石膏與無定形態(tài)硅膠產(chǎn)物［22］.而地聚物孔溶液中的堿度一般要高于傳統(tǒng)水泥基材料.除侵蝕離子外，浸泡方式也是影響混凝土抗硫酸鹽侵蝕性能的主要因素.半浸泡混凝土試件一部分處在硫酸鹽環(huán)境中，另一部分暴露于空氣中.溫度、濕度、毛細(xì)傳輸及蒸發(fā)等作用加劇了混凝土硫酸鹽的侵蝕破壞作用［23-25］.多樣的硅鋁質(zhì)原料組成和硫酸鹽侵蝕類型、不同的浸泡方式等因素增加了地聚物抗硫酸鹽侵蝕性能研究的復(fù)雜性.

鑒于此，本文研究了侵蝕離子及浸泡方式不同的硫酸鹽侵蝕環(huán)境下地聚物砂漿組成、結(jié)構(gòu)與性能的變化，探究不同硅鋁質(zhì)原料地聚物砂漿的抗硫酸鹽侵蝕性能差異，對比分析不同體系地聚物抗硫酸鹽侵蝕劣化機(jī)理，以期為地聚物的應(yīng)用研究提供技術(shù)支持.

1 試驗(yàn)

1.1 原材料

分別選用偏高嶺土（MK）、粉煤灰（FA）和礦渣（SG）為硅鋁質(zhì)原料，以改性水玻璃為堿性激發(fā)劑來制備地聚物.堿性激發(fā)劑由工業(yè)水玻璃、氫氧化鈉與水按一定比例混合（每100.0 g工業(yè)水玻璃外摻18.2 g NaOH和39.8 g H2O），該改性水玻璃的模數(shù)為1.2.其中工業(yè)水玻璃模數(shù)為2.43，其化學(xué)組成（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，文中涉及的組成、激固比等均為質(zhì)量分?jǐn)?shù)或質(zhì)量比）為32.35%SiO2、13.73%Na2O和53.92%H2O；氫氧化鈉為分析純，NaOH含量≥96%.制備地聚物砂漿用細(xì)骨料為廈門艾思?xì)W標(biāo)準(zhǔn)砂有限公司產(chǎn)ISO標(biāo)準(zhǔn)砂.硫酸鹽侵蝕試驗(yàn)用MgSO4與（NH4）2SO4均為國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司產(chǎn)分析純.

1.2 試件配合比及試驗(yàn)方法

1.2.1 試件配合比

硫酸鹽侵蝕試件為MK基、MK＋SG基、SG基和FA＋SG基地聚物砂漿試件（分別記為MK-M、MK＋SG-M、SG-M和FA＋SG-M）和凈漿試件（分別記為MK-P、MK＋SG-P、SG-P和FA＋SG-P）.砂漿試件尺寸為40 mm×40 mm×160 mm，凈漿試件尺寸為40 mm×40 mm×40 mm.將成型的砂漿和凈漿試件在（20±2）℃密封養(yǎng)護(hù)28 d，分別置于水中和不同硫酸鹽溶液中進(jìn)行侵蝕試驗(yàn)，其中砂漿試件用于外觀形貌觀測、質(zhì)量變化率測試與抗壓抗蝕系數(shù)測試等；凈漿試件用于X射線衍射（XRD）和微觀分析.需要說明的是，將凈漿試件MK-P的激固比固定為1∶1，為保證各組地聚物具有相似的工作性能，其他試件的激固比為0.7∶1.地聚物砂漿和凈漿試件配合比如表1所示.

表1 地聚物砂漿和凈漿試件配合比Table 1 Mix proportions of geopolymer mortar and geopolymer paste specimens kg/m3

1.2.2 試驗(yàn)方法

（1）砂漿試件的質(zhì)量變化率測試 先將地聚物砂漿置于硫酸鹽溶液中浸泡1 d，然后取出并稱取其飽和面干質(zhì)量；之后每隔14 d采用同樣方法稱取砂漿試件質(zhì)量，以不同侵蝕齡期試件與浸泡1 d后試件質(zhì)量的差值除以浸泡1 d后試件的質(zhì)量，即得到不同侵蝕齡期砂漿試件的質(zhì)量變化率.

（2）砂漿試件的抗壓抗蝕系數(shù)測試 參照GB/T 749—2008《水泥抗硫酸鹽侵蝕試驗(yàn)方法》測試試件在侵蝕溶液和水中浸泡至規(guī)定齡期后的抗壓強(qiáng)度（fS和fW）.當(dāng)砂漿試件抗壓抗蝕系數(shù)R（fS/fW）≥0.8時，可認(rèn)為其具有較好的抗硫酸鹽侵蝕性能.

（3）凈漿試件的XRD分析 將地聚物凈漿試件從硫酸鹽溶液中取出，先用無水乙醇清洗表面，再放入鼓風(fēng)干燥箱中在50℃條件下烘48 h；然后取其表面材料放入真空干燥箱中真空干燥24 h；再放入瑪瑙研缽中磨細(xì)過74μm（200目）篩.利用D8 ADVASNCE X射線衍射儀分析凈漿試件的物相組成，測試電流為100 mA、電壓為40 k V，靶材為Cu（Ka）靶，步長為0.02°，以連續(xù)掃描方式獲取衍射譜.

（4）凈漿試件的微觀分析 采用JEOL JSM-7500F型、JSM 4800f型掃描電子顯微鏡（SEM）和X射線能譜儀（EDS）檢測試件的微觀形貌，并進(jìn)行成分分析.將凈漿試件從硫酸鹽溶液中取出，用無水乙醇將其表面清洗干凈，放入鼓風(fēng)干燥箱中在50℃條件下烘干48 h，使用小錘將試件敲擊成粒徑為2.5 mm左右的顆粒狀樣品，再真空干燥24 h，即得到SEM-EDS分析樣品.

2 結(jié)果與分析

2.1 侵蝕離子對地聚物砂漿抗硫酸鹽侵蝕性能的影響

圖1為地聚物砂漿試件在5%MgSO4和5%（NH4）2SO4溶液中分別全浸泡120 d后的質(zhì)量變化率.由圖1可見：（1）MK-M在MgSO4和（NH4）2SO4溶液中侵蝕120 d后的質(zhì)量變化率分別為0.10%和2.88%；MK-M全浸泡在MgSO4溶液中，整個侵蝕齡期質(zhì)量沒有發(fā)生明顯變化，但全浸泡在（NH4）2SO4溶液中時質(zhì)量變化相對較大，其質(zhì)量變化率隨著侵蝕齡期的增加而逐漸降低.（2）MK＋SG-M全浸泡在上述2種硫酸鹽溶液中，其質(zhì)量變化規(guī)律類似于MK-M；但MK＋SG-M在（NH4）2SO4溶液中侵蝕120 d后的質(zhì)量變化率僅為1.69%，明顯低于MK-M.（3）SG-M全浸泡在上述2種硫酸鹽溶液中，其質(zhì)量變化規(guī)律不同于MK-M和MK＋SG-M，SG-M全浸泡在MgSO4溶液中的質(zhì)量變化率反而要高于全浸泡在（NH4）2SO4溶液中的質(zhì)量變化率，其在MgSO4溶液和（NH4）2SO4溶液中侵蝕120 d后的質(zhì)量變化率分別為0.16%和-0.23%.（4）FA＋SG-M全浸泡在上述2種硫酸鹽溶液中，其質(zhì)量變化規(guī)律類似MK＋SG-M組，在MgSO4和（NH4）2SO4溶液中侵蝕120 d后的質(zhì)量變化率分別為0.31%和1.84%，均略高于MK＋SG-M組.

圖1 地聚物砂漿試件全浸泡在硫酸鹽溶液中的質(zhì)量變化率Fig.1 Mass change rate of geopolymer mortar specimens completely immersed in sulfate solution

圖2為地聚物砂漿試件全浸泡在5%MgSO4和5%（NH4）2SO4溶液中侵蝕后的外觀形貌.圖3為硫酸鹽侵蝕前后地聚物凈漿試件表面區(qū)域的XRD圖譜.由圖2可見：（1）MK-M全浸泡在MgSO4溶液和（NH4）2SO4溶液中侵蝕120 d后，邊角清晰，表面未見額外生成物或附著物，外觀上均未發(fā)生明顯變化.結(jié)合圖3（a）可知，MK-P經(jīng)2種硫酸鹽溶液侵蝕前后，其主要礦物相均為石英相，并未發(fā)現(xiàn)其他明顯的礦物相.（2）MK＋SG-M全浸泡在2種硫酸鹽溶液中的外觀形貌與MK-M類似，侵蝕120 d后邊角仍然清晰，表面沒有微裂紋產(chǎn)生；但MK＋SG-M全浸泡在（NH4）2SO4溶液中，其表面顏色由深灰色逐漸變成淺粉色，而全浸泡在MgSO4溶液中，其表面顏色未發(fā)生明顯變化.結(jié)合圖3（b）可知，MK＋SG-P受MgSO4溶液侵蝕后主要礦物相基本沒有變化，侵蝕前后XRD圖譜中30°附近的“饅頭峰”主要與C-A-S-H凝膠生成有關(guān)，并未發(fā)現(xiàn)典型的硫酸鹽侵蝕產(chǎn)物生成.MK基地聚物由于生成產(chǎn)物中幾乎不含鈣，侵蝕過程中主要是侵蝕溶液中的陽離子與N-A-S-H凝膠中的Na＋進(jìn)行離子交換，并沒有其他產(chǎn)物生成［14］.而MK＋SG基地聚物產(chǎn)物中有較低的含鈣量，穩(wěn)定的三維網(wǎng)絡(luò)狀結(jié)構(gòu)能夠很好地與Ca2＋結(jié)合，不易生成石膏、鈣礬石等膨脹性侵蝕產(chǎn)物；但由于5%（NH4）2SO4溶液呈弱酸性（p H值約為6.4），會降低地聚物孔隙溶液的pH值，破壞產(chǎn)物凝膠穩(wěn)定存在的環(huán)境，促進(jìn)其脫去Ca2＋，因此，MK＋SG基地聚物在（NH4）2SO4侵蝕后的XRD圖譜中發(fā)現(xiàn)了少量石膏相.（3）SG-M全浸泡在MgSO4溶液中，其表面在侵蝕前期就有白色物質(zhì)生成.隨著侵蝕齡期的延長，試件的邊角和表面逐漸出現(xiàn)裂紋并伴有起皮、剝落現(xiàn)象.浸泡120 d后，其外觀發(fā)生了明顯變化.結(jié)合圖3（c）可知，這主要?dú)w因于產(chǎn)物C-A-S-H凝膠自身抗硫酸鹽侵蝕性能較差，產(chǎn)物中Ca2＋以鍵合方式存在于C-A-S-H凝膠的硅氧四面體和鋁氧四面體中，在SO2-4作用下會被侵蝕陽離子Mg2＋置換出去，導(dǎo)致侵蝕過程中生成膨脹性石膏產(chǎn)物，致使試件發(fā)生表面“脹裂現(xiàn)象”，屬于典型的石膏型侵蝕［26］.SG-M全浸泡在（NH4）2SO4溶液中時，也有額外附著物在其表面生成，侵蝕120 d后試件表面顏色明顯發(fā)灰，其表面與邊角均存在明顯的開裂現(xiàn)象.浸泡60 d后邊角就有明顯的材料剝落，但其質(zhì)量波動并不大，可能是由于試件表面的材料剝落與水、侵蝕離子沿著孔隙進(jìn)入試件內(nèi)部綜合作用所致.SG基地聚物被MgSO4溶液侵蝕后，XRD圖譜中30°附近的“饅頭峰”并未發(fā)生明顯變化，侵蝕后可能仍維持C-A-S-H凝膠結(jié)構(gòu)，主要變化是有石膏晶體特征峰產(chǎn)生，可能是由于C-A-S-H凝膠中的Ca2＋易脫去，溶入孔隙溶液中，并與侵蝕溶液中的SO2-4結(jié)合生成膨脹性石膏產(chǎn)物［27-28］；SG-P在（NH4）2SO4侵蝕后的XRD圖譜中發(fā)現(xiàn)了石膏的生成，30°左右的“饅頭峰”消失.（4）FA＋SG-M全浸泡在MgSO4溶液中30 d時，其表面出現(xiàn)了白色附著物，且隨著侵蝕齡期的增加，試件表面附著物逐漸增多；侵蝕120 d時，邊角破損明顯，生成的白色附著物也逐漸剝落.但在（NH4）2SO4侵蝕過程中試件表面白色附著物質(zhì)較少.結(jié)合圖3（d）可知，F(xiàn)A＋SG-P在MgSO4溶液侵蝕120 d后，其XRD圖譜與未侵蝕凈漿試件類似，在（NH4）2SO4侵蝕溶液中則發(fā)現(xiàn)了石膏的生成.

圖2 地聚物砂漿試件全浸泡在硫酸鹽溶液中的外觀形貌Fig.2 Appearance of geopolymer mortar specimens completely immersed in sulfate solution

圖3 地聚物凈漿試件硫酸鹽侵蝕前后的XRD圖譜Fig.3 XRD patterns of geopolymer paste specimens before and after sulfate solution attack

圖4為地聚物凈漿試件全浸泡在MgSO4溶液中120 d后的SEM照片.由圖4可見：（1）MK-P仍能基本維持較為完整的結(jié)構(gòu).（2）SG-P在MgSO4溶液中侵蝕120 d后，其表面生成了大量“板塊狀”石膏與一些顆粒，“板塊狀”石膏生長交錯縱橫，相比MK-P，SG-P整體結(jié)構(gòu)顯得比較松散.這是因?yàn)楣桎X質(zhì)原料中Ca含量的不同導(dǎo)致生成產(chǎn)物種類有所不同，它們會影響地聚物在MgSO4溶液中的劣化方式，SG-P的生成產(chǎn)物C-A-S-H在MgSO4侵蝕過程中的劣化與水泥中的C-S-H凝膠相類似，Ca2＋析出后，與SO2-4反應(yīng)生成膨脹性產(chǎn)物石膏.（3）MK＋SG-P在MgSO4溶液中侵蝕120 d后結(jié)構(gòu)較為致密，未見明顯微裂紋與晶體產(chǎn)物生成.（4）FA＋SG-P在MgSO4溶液中侵蝕120 d后時結(jié)構(gòu)變得疏松多孔，還有未反應(yīng)的粉煤灰顆粒.

圖4 地聚物凈漿試件全浸泡在MgSO4溶液中120 d后的SEM照片F(xiàn)ig.4 SEM photos of geopolymer paste specimens completely immersed in MgSO 4 solution for 120 d

圖5為地聚物凈漿試件全浸泡在（NH4）2SO4溶液120 d后的SEM照片.由圖5可見：（1）MK-P表面結(jié)構(gòu)致密，沒有額外晶體和其他附著物質(zhì)生成，但其表面出現(xiàn)了較為明顯的微裂紋.（2）MK＋SG-P表面變得粗糙且有裂紋生成.（3）SG-P在（NH4）2SO4溶液中侵蝕120 d后的微觀形貌與在MgSO4溶液中相類似，其表面也出現(xiàn)了大量縱橫交錯的六方板狀石膏和顆粒狀碎屑.（4）FA＋SG-P在（NH4）2SO4溶液侵蝕120 d后，表面出現(xiàn)了未反應(yīng)的粉煤灰球狀顆粒，其結(jié)構(gòu)較為松散，結(jié)合SEM-EDS和XRD分析可知，其在（NH4）2SO4溶液侵蝕過程中同樣生成了石膏.

圖5 地聚物凈漿試件全浸泡在（NH 4）2SO 4溶液中120 d時的SEM照片F(xiàn)ig.5 SEM photos of geopolymer paste specimens completely immersed in（NH 4）2SO 4 solution for 120 d

2.2 硅鋁質(zhì)原料特性對地聚物砂漿抗硫酸鹽侵蝕性能的影響

MgSO4和（NH4）2SO4溶液全浸泡侵蝕地聚物砂漿過程中，由于侵蝕溶液的陽離子不同，導(dǎo)致地聚物抗硫酸鹽侵蝕存在一定差異.對于相同的硫酸鹽侵蝕溶液，地聚物的組成和結(jié)構(gòu)同樣會影響地聚物砂漿的抗硫酸鹽侵蝕性能.圖2顯示：（1）硅鋁質(zhì)原料中CaO含量較低的MK-M在MgSO4溶液中全浸泡120 d后，外觀基本上沒有發(fā)生明顯變化；但硅鋁質(zhì)原料CaO含量較高的SG-M在侵蝕初期，就在表面生成了石膏，隨著侵蝕齡期的延長，表面上的石膏生成量逐漸增多且試件邊角和表面出現(xiàn)裂紋.由此可見，MK基地聚物主要產(chǎn)物是抗硫酸鹽侵蝕性能較好的N-A-S-H凝膠，而SG基地聚物生成的是C-A-S-H凝膠.（2）砂漿試件全浸泡在（NH4）2SO4溶液中，其外觀表現(xiàn)出如上相似的外觀劣化現(xiàn)象.雖然MK＋SG基地聚物與FA＋SG基地聚物的硅鋁質(zhì)原料具有相似的CaO含量，但由于偏高嶺土和粉煤灰的活性差異較大，導(dǎo)致MK＋SG基地聚物和FA＋SG基地聚物產(chǎn)物的微結(jié)構(gòu)不同，因此其抗硫酸鹽性能侵蝕也有所不同.

Dz?unuzovi?等［27］認(rèn)為含Ca組分參與地質(zhì)聚合反應(yīng)可提升地聚物強(qiáng)度.圖6給出了地聚物砂漿試件在硫酸鹽溶液中全浸泡120 d時的抗壓抗蝕系數(shù).由圖6可見：全浸泡在MgSO4溶液中的SG-M抗壓強(qiáng)度損失最大，侵蝕120 d后其抗壓抗蝕系數(shù)為0.73；而MK-M和MK＋SG-M表現(xiàn)出較好的抗MgSO4侵蝕性能，其抗壓抗蝕系數(shù)為0.84和0.96；FA＋SG-M在MgSO4溶液侵蝕120 d后，其抗壓抗蝕系數(shù)為0.72，與Ca含量最高的SG-M抗壓抗蝕系數(shù)較為接近.MK＋SG-M與FA＋SG-M雖然Ca含量相近，但由于MK與FA的化學(xué)組成不同，MK＋SG-M初期即形成N-A-S-H凝膠與C-A-S-H凝膠復(fù)合產(chǎn)物，Ca2＋以鍵合方式存在于鋁硅酸鹽凝膠的硅氧四面體和鋁氧四面體中；FA＋SG-M由于FA早期堿激發(fā)效果不佳，所生成的產(chǎn)物主要是C-A-S-H凝膠.雖然各地聚物砂漿在力學(xué)性能上差異較小，但由于地聚物化學(xué)組成不同，其抗MgSO4侵蝕性能存在較大差距，F(xiàn)A＋SG-M在MgSO4溶液中外觀劣化現(xiàn)象類似于SG-M，表現(xiàn)出較差的抗MgSO4侵蝕性能.

圖6 地聚物砂漿試件在硫酸鹽溶液中全浸泡120 d時的抗壓抗蝕系數(shù)Fig.6 Compressive and corrosion resistance coefficient of geopolymer mortar specimens completely immersed in sulfate solution for 120 d

由圖6還可見：與全浸泡在MgSO4溶液中侵蝕120 d的地聚物砂漿相比，除了MK-M組以外，全浸泡在（NH4）2SO4溶液中的其他各組砂漿試件抗壓抗蝕系數(shù)均有所降低.由于可以與膠凝材料孔隙中的OH-發(fā)生反應(yīng)，會和Ca（OH）2、C（-A）-S-H凝膠反應(yīng)，促進(jìn)地聚物脫去Ca2＋.對于Ca含量較高的地聚物，（NH4）2SO4的 侵 蝕 作 用 明 顯 高 于MgSO4，其 中SG-M侵蝕120 d后，其抗壓抗蝕系數(shù)只有0.50，可能是由于產(chǎn)物C-A-S-H凝膠在作用下脫去Ca2＋，與SO24-反應(yīng)生成石膏，的存在加速了石膏的生成.MK＋SG基與FA＋SG基地聚物產(chǎn)物中均含有部分C-A-S-H凝膠，其抗壓抗蝕系數(shù)分別為0.82和0.68，均低于MgSO4侵蝕組.不同體系地聚物砂漿試件中，僅MK-M與MK＋SG-M抗壓抗蝕系數(shù)符合膠凝材料抗硫酸鹽侵蝕性能標(biāo)準(zhǔn).可見，地聚物抗硫酸鹽侵蝕性能的高低不僅取決于原料中的Ca含量，而且也受硅鋁質(zhì)原料特性的影響.

2.3 半浸泡對地聚物砂漿抗硫酸鹽侵蝕性能的影響

圖7、8分別給出了地聚物砂漿試件半浸泡在5%MgSO4溶液中120時的外觀形貌和不同表面區(qū)域的XRD圖譜.圖9為地聚物砂漿試件半浸泡在5%MgSO4溶液中120 d后的側(cè)面尺寸和抗壓強(qiáng)度.由圖7和圖9（a）可見：（1）MK-M與MK＋SG-M試件結(jié)構(gòu)完整，其上半部分干燥區(qū)和下半部分浸泡區(qū)側(cè)面尺寸未發(fā)現(xiàn)明顯變化（原側(cè)面尺寸為40 mm）；MK-M與MK＋SG-M下半部分浸泡區(qū)均有少量透明的晶體產(chǎn)生，經(jīng)XRD分析發(fā)現(xiàn)其主要成分均為MgSO4·H2O.在MK-M試件干燥區(qū)有白色附著物生成，經(jīng)XRD分析為Na2SO4晶體.可能是由于在半浸泡“燈芯效應(yīng)”的作用下，SO2-4等沿著孔隙在MK-M試件干燥區(qū)析晶導(dǎo)致.但MK＋SG-M試件干燥區(qū)并沒有發(fā)現(xiàn)明顯白色附著物生成.（2）SG-M半浸泡在MgSO4溶液120 d后，浸泡區(qū)發(fā)生了明顯的脹裂現(xiàn)象，4個邊角生成了宏觀可見的縱向裂紋，中間結(jié)晶區(qū)與上部干燥區(qū)生成了大量白色附著物，干燥區(qū)頂部邊角由于附著物生成變得模糊不清.經(jīng)XRD分析可知，SG-M試件浸泡區(qū)與中間結(jié)晶區(qū)主要產(chǎn)物為石膏、Na2SO4和MgSO4的復(fù)合水鹽，干燥區(qū)生成附著物主要為Na2SO4晶體.SG-M干燥區(qū)與浸泡區(qū)側(cè)面尺寸分別膨脹了4.48%和5.80%.（3）FA＋SG-M受硫酸鹽侵蝕現(xiàn)象與SG-M類似，但FA＋SG-M浸泡區(qū)表面區(qū)域脹裂現(xiàn)象要弱于SG-M組，其膨脹率為2.25%.其中間結(jié)晶區(qū)的石膏生成量明顯要低于SG-M組的，這可能主要是由于FA＋SG-M和SG-M中硅鋁質(zhì)原料CaO含量不同所致.

圖7 地聚物砂漿試件半浸泡在5%MgSO4溶液中120 d時的外觀形貌Fig.7 Appearance of geopolymer mortar specimens partially immersed in 5%magnesium sulfate solution for 120 d

圖8 地聚物砂漿試件半浸泡在5%MgSO4溶液中120 d時的XRD圖譜Fig.8 XRD patterns of geopolymer mortar specimens partially immersed in 5%magnesium sulfate solution for 120 d

圖9 地聚物砂漿試件半浸泡在5%MgSO4溶液中120 d后的側(cè)面尺寸和抗壓強(qiáng)度Fig.9 Side dimension and compressive strength of geopolymer mortar specimens after 120 d of erosion by 5%magnesium sulfate solution under partially immersion condition

由圖9（b）可見：半浸泡條件下，除MK＋SG-M浸泡區(qū)的抗壓強(qiáng)度略高于干燥區(qū)，其他各組地聚物砂漿浸泡區(qū)的抗壓強(qiáng)度均小于干燥區(qū).尤其是SG-M和FA＋SG-M浸泡區(qū)抗壓強(qiáng)度損失明顯大于干燥區(qū).由于FA活性較低，F(xiàn)A＋SG-M自身抗壓強(qiáng)度不高.Ca含量較高的地聚物砂漿抗壓強(qiáng)度下降明顯，SG-M與FA＋SG-M干燥區(qū)生成大量附著物破壞了基體結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致其抗壓強(qiáng)度降低，而浸泡區(qū)發(fā)生了明顯脹裂現(xiàn)象或因生成石膏等侵蝕產(chǎn)物導(dǎo)致微裂紋的生成，降低了其抗壓強(qiáng)度.可見，半浸泡對不同地聚物砂漿抗硫酸鹽侵蝕性能產(chǎn)生了不同影響，可能是不同原料組成、地聚物結(jié)構(gòu)疏密程度、“燈芯作用”與侵蝕離子濃度差等綜合作用的結(jié)果.

3 結(jié)論

（1）地 聚 物 砂漿MK-M與MK＋SG-M在MgSO4溶液中全浸泡120 d時外觀形貌未有明顯變化，其抗壓抗蝕系數(shù)分別為0.84和0.96，表現(xiàn)出較好的抗MgSO4侵蝕性能.地聚物砂漿SG-M在MgSO4溶液中全浸泡120 d時外觀劣化明顯，試件邊角剝落的同時還在其表面生成了大量石膏，其抗壓抗蝕系數(shù)僅為0.73，這可能與SG基地聚物的產(chǎn)物C-A-S-H凝膠在侵蝕過程中脫Ca有關(guān).

（2）MK與FA理化特性上的不同導(dǎo)致MK＋SG基與FA＋SG基地聚物組成與結(jié)構(gòu)不同.MK＋SG基地聚物生成結(jié)構(gòu)致密的N（C）-A-S-H凝膠，抗MgSO4侵蝕性能表現(xiàn)優(yōu)異；FA早期激發(fā)效果不好，F(xiàn)A＋SG基地聚物中主要是C-A-S-H凝膠與未激發(fā)的FA顆粒，F(xiàn)A＋SG-M在侵蝕齡期內(nèi)劣化明顯，其抗壓抗蝕系數(shù)為0.72，遠(yuǎn)低于MK＋SG-M的抗壓抗蝕系數(shù).

（3）4種地聚物砂漿在（NH4）2SO4溶液侵蝕過程中的劣化現(xiàn)象比在MgSO4溶液中顯著，NH＋4的存在加速了C-A-S-H凝膠脫去Ca2＋及其與SO2-4生成石膏的速率.FA＋SG-M和SG-M浸泡在（NH4）2SO4溶液120 d后抗壓抗蝕系數(shù)分別為0.68和0.50，表現(xiàn)出較差的抗（NH4）2SO4侵蝕性能.MK基與MK＋SG基地聚物主要產(chǎn)物N-A-S-H凝膠結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，受NH＋4侵蝕作用較小.

（4）SG-M和FA＋SG-M半浸泡在MgSO4溶液中，其浸泡區(qū)抗壓強(qiáng)度損失明顯大于干燥區(qū).半浸泡條件下的“燈芯效應(yīng)”加速了侵蝕離子遷移，促進(jìn)MgSO4侵蝕作用.MK基與MK＋SG基地聚物由于產(chǎn)物結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，受侵蝕破壞作用較小，且其砂漿試件干燥區(qū)與浸泡區(qū)具有相似的外觀形貌和抗壓強(qiáng)度.