劉 浩，張建業(yè)，丁俊勇

(江蘇蘇博特新材料股份有限公司，高性能土木工程材料國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 南京 211103)

1 概述

抗硫酸鹽侵蝕性能是混凝土耐久性研究工作的重要內(nèi)容[1-3]。常見的抑制硫酸鹽腐蝕的方法主要是摻加礦物摻合料、防腐劑[4]。Al-Dulaijan S等[5]指出：相比于抗硫酸鹽水泥的使用，摻入20%的粉煤灰對砂漿抗硫酸鹽腐蝕性能的提升效果更好。青島理工大學(xué)楊本菊[6]的研究表明，防腐劑的加入有利于混凝土強(qiáng)度以及抗硫酸鹽侵蝕性能的提升。

本文通過實(shí)驗(yàn)室加速循環(huán)制度來模擬常見的硫酸鹽侵蝕環(huán)境，對基準(zhǔn)混凝土和摻液體防腐劑混凝土的相關(guān)性能進(jìn)行了對比，分析了防腐劑的作用效果，以其指導(dǎo)該產(chǎn)品的使用。

2 試驗(yàn)

2.1 原材料

1)水泥：P.O42.5級水泥，其物理性能和化學(xué)成分見表1,表2。

表1 水泥的物理性能

表2 水泥化學(xué)成分的質(zhì)量分?jǐn)?shù) %

2)粉煤灰：Ⅰ級灰，比表面積為382 m2/kg，密度2.12 g/cm3，其化學(xué)成分見表3。

表3 粉煤灰化學(xué)成分的質(zhì)量分?jǐn)?shù) %

3)礦粉：其化學(xué)成分見表4。

表4 礦粉化學(xué)成分的質(zhì)量分?jǐn)?shù) %

4)砂：機(jī)制砂，細(xì)度模數(shù)2.92，其級配區(qū)篩分曲線見圖1。

5)碎石：采用5 mm～25 mm連續(xù)級配花崗巖碎石，壓碎值10.5%。

6)外加劑：PCA@-Ⅰ 型聚羧酸高性能減水劑，SBT?-RMA(Ⅲ)混凝土液態(tài)防腐劑，均由江蘇蘇博特新材料股份有限公司研發(fā)。

7)水：拌合用水采用清潔的民用自來水。經(jīng)檢測，所有原材料均滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。

2.2 混凝土配合比及試驗(yàn)方法

混凝土配合比如表5所示。

表5 混凝土配合比 kg

參照GB/T 50082—2009中抗硫酸鹽侵蝕試驗(yàn)方法，基于模擬加速腐蝕模型，確定試驗(yàn)條件：成型1 d后拆模，置于50 ℃水中養(yǎng)護(hù)7 d；采用烘箱60 ℃烘干48 h、室溫冷卻6 h，10%Na2SO4溶液浸泡90 h。之后對應(yīng)第0天，第7天，第14天，第28天循環(huán)天數(shù)后，從每一編號試樣中取出100 mm×100 mm×100 mm試件進(jìn)行軸心抗壓強(qiáng)度測試，并計(jì)算腐蝕溶液中試件的抗壓強(qiáng)度耐腐蝕系數(shù)和凈強(qiáng)度變化。

3 結(jié)果與討論

3.1 摻液體防腐劑對新拌混凝土狀態(tài)的影響

3.1.1 凈漿流動度

通過凈漿試驗(yàn)考察液體防腐劑與水泥的適應(yīng)性如下:

第一組稱取300 g水泥，87 g水，減水劑3.6 g，測得水泥凈漿初始擴(kuò)展度210 mm，1 h擴(kuò)展度250 mm。

第二組稱取300 g水泥，60 g水，減水劑3.6 g，防腐劑27 g，測得水泥凈漿初始擴(kuò)展度220 mm，1 h擴(kuò)展度260 mm。

凈漿試驗(yàn)表明，防腐劑的添加，對水泥凈漿擴(kuò)展度無不利影響，不存在適應(yīng)性問題(見圖2)。

3.1.2 新拌混凝土狀態(tài)

按照表1所示配合比，實(shí)驗(yàn)室攪拌混凝土15 L，觀察摻與不摻液體防腐劑的混凝土初始和易性及經(jīng)時(shí)狀態(tài)變化，考察液體防腐劑對新拌混凝土狀態(tài)的影響。

通過表6可知，液體防腐劑的摻加，對混凝土狀態(tài)沒有不利影響，混凝土初始坍落度及擴(kuò)展度、1 h經(jīng)時(shí)損失以及含氣量均變化不大。

表6 新拌混凝土狀態(tài)

3.2 摻液體防腐劑對混凝土抗壓強(qiáng)度的影響

圖3為10%硫酸鹽溶液中基準(zhǔn)混凝土、摻防腐劑混凝土抗壓強(qiáng)度隨著腐蝕齡期增加的變化趨勢?？梢钥闯?，與基準(zhǔn)混凝土相比，摻防腐劑的混凝土早期強(qiáng)度有所波動并出現(xiàn)小于基準(zhǔn)混凝土的現(xiàn)象，而后期強(qiáng)度會接近甚至?xí)^基準(zhǔn)混凝土，這驗(yàn)證了防腐劑的防腐效果。

3.3 摻防腐劑對混凝土質(zhì)量變化的影響

質(zhì)量變化率是指混凝土經(jīng)過若干循環(huán)侵蝕作用后，每次干濕循環(huán)前后的質(zhì)量差值與干濕循環(huán)之前的初始質(zhì)量之比。

圖4為10%硫酸鹽溶液中基準(zhǔn)混凝土、摻防腐劑混凝土質(zhì)量變化率的變化趨勢。如圖4所示，隨著齡期的增加，摻防腐劑混凝土質(zhì)量變化率小于基準(zhǔn)混凝土。

防腐劑的添加，有效的抑制了硫酸鹽腐蝕，混凝土表面剝蝕比較輕微，且鈣礬石生成較少、晶粒偏小，結(jié)構(gòu)也較為平整。

3.4 摻防腐劑對混凝土微結(jié)構(gòu)的改善效果分析

混凝土宏觀侵蝕破壞的根本原因在于水泥石微觀結(jié)構(gòu)的變化，研究混凝土微觀結(jié)構(gòu)變化的常用手段是掃描電子顯微鏡。對腐蝕后的混凝土進(jìn)行微觀分析。待混凝土軸心抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，混凝土試塊破碎之后，從破碎試塊中取樣、剔除石子。用酒精終止水泥水化后，將試樣在45 ℃真空干燥箱中干燥48 h，作為掃描電鏡試樣。

圖5為硫酸鹽溶液中基準(zhǔn)混凝土、摻液體防腐劑混凝土加速循環(huán)腐蝕至30 d時(shí)的掃描電子顯微鏡形貌圖。從圖中可以看出，基準(zhǔn)混凝土和摻液體防腐劑混凝土的孔結(jié)構(gòu)存在明顯差異，摻液體防腐劑混凝土的Ca(OH)2，AFt生成較少，且晶粒偏小[7-8]，混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)更加密實(shí)。從而驗(yàn)證了液體防腐劑對混凝土抗硫酸鹽性能的提升是有利的這一結(jié)論與現(xiàn)有的一些研究成果一致[9]。

4 結(jié)語

1)液體防腐劑的添加，對水泥凈漿流動度影響不大，表明與該水泥適應(yīng)性良好；對混凝土和易性及經(jīng)時(shí)狀態(tài)影響不大。

2)摻防腐劑的混凝土的孔結(jié)構(gòu)明顯細(xì)化，有效的抑制了硫酸鹽腐蝕，混凝土表面剝蝕比較輕微，且鈣礬石生成較少、晶粒偏小，結(jié)構(gòu)也較為平整，具有防腐效果。