李立君 蘇笮斌 李勝龍

四川鐵科新型建材有限公司 四川 成都 610404

1 引言

進(jìn)入21世紀(jì)以來，中國經(jīng)濟(jì)得到快速發(fā)展，一批重要基礎(chǔ)設(shè)施工程項目正在興建或計劃中。在這些地方，混凝土結(jié)構(gòu)經(jīng)常會受到周圍環(huán)境中大氣、土壤和水中等有害介質(zhì)的影響而形成劣化現(xiàn)象，在以上情況下，混凝土?xí)谒不熬彤a(chǎn)生初始損傷，且初始損傷的強(qiáng)度較大，具體的初始損傷形式包括孔隙、孔徑以及裂縫等的增大，侵蝕環(huán)境與混凝土的接觸面在損傷其表面后迅速滲入至內(nèi)部[1]，并引起化學(xué)反應(yīng)，從而造成體積擴(kuò)大、混凝土裂縫數(shù)量和傳遞系數(shù)增加。探討各種損傷程度水泥在海洋與西部惡劣自然環(huán)境下的腐蝕損傷情況，對于探討長壽命水泥的設(shè)計研究方法及其調(diào)控機(jī)理有著非常重大的理論意義。

本文制備混凝土試件并將其置入模擬硫酸鹽侵蝕環(huán)境內(nèi)，對硫酸鹽侵蝕條件下的混凝土強(qiáng)度損傷情況進(jìn)行全方面研究。

2 試驗(yàn)設(shè)計與方法

2.1 原材料與配合比

水泥選用四川筠連西南水泥有限責(zé)任公司生產(chǎn)的的P.O.42.5級硅酸鹽水泥，其滿足GB175-2007規(guī)范約束；采用的天然河沙以及碎石的細(xì)度模數(shù)和最高粒徑分別是2.5和小于20mm；從四川某化工公司采用硫酸鈉（Na2SO4）試劑，其濃度是99.6%，硫酸鎂（MgSO4）試劑，其濃度是99.5%[2]。

2.2 測定防腐劑主要指標(biāo)

分別采購四川某公司水劑防腐劑（樣品編號F1）、粉劑防腐劑（樣品編號F2）各一份，云南某公司水劑防腐劑（樣品編號F3）、粉劑防腐劑（樣品編號F4）各一份，貴州某公司水劑防腐劑（樣品編號F5）、粉劑防腐劑（樣品編號F6）各一份。

經(jīng)對外觀和材質(zhì)書的確認(rèn)，樣品質(zhì)量狀態(tài)見表1。

表1 試驗(yàn)防腐劑表觀

2.3 試驗(yàn)配合比

混凝土適配配合比采用參考G4216線屏山新市至金陽段高速公路XJ20合同段1#拌合站C30普通混凝土配合比[3]，配合比參數(shù)見表2。

表2 混凝土配合比

防腐劑類別 粉劑 液體膠材總量 372g 372g水膠比 0.45 0.45砂率 43% 43%配合比參數(shù)設(shè)計容重 2400 2400減水劑摻量 1% 1%防腐劑摻量 6% 8%

2.4 試驗(yàn)方法

為研究硫酸鹽侵蝕下混凝土強(qiáng)度損傷機(jī)理，選擇侵蝕溶液的質(zhì)量濃度是1%（S1）、10%（S10）的Na2SO4溶液。為描述Na2SO4溶液侵蝕變化過程，應(yīng)用雙面侵蝕，剩余面通過E-26B型漆密封[4,5]，將完成密封的試件置入Na2SO4溶液展開干濕循環(huán)。以防止高溫烘干混凝土過程中可能出現(xiàn)的物理破壞與侵蝕，循環(huán)策略是浸泡7d后擦干，常溫下靜置8d，維持浸泡時的溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)[6-8]。侵蝕混凝土試件不同時間后展開測試，利用剖面磨削機(jī)于試件表面取樣，依據(jù)GB/T 8077-2012、GB8076-2008、GB/T50080-2016、GB/T50081-2019、GBT50082-2009、GB/T17671-1999等標(biāo)準(zhǔn)多角度測試加入抗硫酸鹽防腐劑混凝土的性能[9]。并選取MgSO4溶液為對比侵蝕溶液，測試兩種溶液對試件的抗折強(qiáng)度的影響，處理方法同上。

2.5 硫酸鹽介質(zhì)在混凝土中的滲透擴(kuò)散

硫酸鹽會對混凝土產(chǎn)生滲透擴(kuò)散的侵蝕效應(yīng)，使得水泥出現(xiàn)軟化等情況[10]。整體擴(kuò)散流程滿足擴(kuò)散反應(yīng)公式，表示為：

MDA-MB-231細(xì)胞在高糖DMEM培養(yǎng)基(含10%小牛血清及100 U/L青霉素和100 μg/L鏈霉素)，37 ℃，5% CO2飽和濕度培養(yǎng)箱中培養(yǎng)，每2天更換培養(yǎng)液，0.25%胰蛋白酶消化傳代。取對數(shù)生長的細(xì)胞用于后續(xù)試驗(yàn)。

離子遷移速率表示為：

Na2SO4溶液的流速滿足達(dá)西定律，表示為：

在Na2SO4溶液溫度、濃度確定的情況下，的影響因素表示為：

3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

試驗(yàn)采用1#拌合站材料，并參考1#拌合站C30普通混凝土配合比，對比市場上常見的防腐劑性能（F0即不加防腐劑的混凝土、F1（液體）、F2（粉體）、F3（液體）、F4（粉體）、F5（液體）、F6（粉體）。

試驗(yàn)結(jié)果顯示，F(xiàn)0-F6共7組試驗(yàn)中，混凝土工作性能基本相同。添加粉劑防腐劑后，抗蝕系數(shù)均有增長，但混凝土的抗壓強(qiáng)度不夠明顯，這可能與粉劑防腐劑的化學(xué)體系有關(guān)；添加水劑防腐劑后，混凝土抗壓強(qiáng)度略有增加，但部分抗蝕系數(shù)不滿足《混凝土抗侵蝕防腐劑》JC/T1011-2021標(biāo)準(zhǔn)（應(yīng)大于0.9），這可能與水劑防腐劑中抗蝕成分溶解度有關(guān)，其中樣品編號為F1的水劑防腐劑抗蝕系數(shù)為0.9，滿足《混凝土抗侵蝕防腐劑》JC/T1011-2021標(biāo)準(zhǔn)，所以以下試驗(yàn)均采用有F1防腐劑的混凝土試件展開。

硫酸鹽侵蝕下，試件的質(zhì)量出現(xiàn)變化，主要原因包括：（1）硫酸根接觸試件出現(xiàn)水化，導(dǎo)致試件孔隙被反應(yīng)生成的產(chǎn)物填充，從而質(zhì)量提升；（2）試件表層受到侵蝕發(fā)生分解破壞，質(zhì)量因剝落而降低。試件的質(zhì)量經(jīng)時變化情況可清晰描述出其強(qiáng)度損傷機(jī)理，在Na2SO4溶液分別為S1、S10的質(zhì)量濃度下展開試驗(yàn)。

Na2SO4質(zhì)量濃度為S1時，試件的質(zhì)量跟隨侵蝕時間的增長呈快速上升、緩慢變化、快速降低三個階段，Na2SO4質(zhì)量濃度為S10時，試件的質(zhì)量跟隨侵蝕時間的增長呈快速上升、振蕩變化、快速降低三個階段。在60d之前，硫酸鹽侵蝕試件導(dǎo)致其孔隙被填充，S1、S10質(zhì)量濃度下的試件質(zhì)量均快速提升；60-180d之間，S1濃度下的試件質(zhì)量在2.40-2.45kg的區(qū)間內(nèi)極小幅度的先上升后下降，S10濃度下的試件質(zhì)量則是從2.45kg下降至2.40kg后又上升至2.47kg，后又在180d時兩種Na2SO4質(zhì)量濃度的試件質(zhì)量影響程度差異相似；180d之后，S1、S10質(zhì)量濃度下的兩個試件因侵蝕試件過長導(dǎo)致出現(xiàn)砂化、剝落等情況，試件質(zhì)量快速降低。

對比標(biāo)養(yǎng)情況下與硫酸鹽侵蝕并干濕循環(huán)情況下的試件強(qiáng)度變化。

標(biāo)養(yǎng)情況下試件的強(qiáng)度不斷上升，其主要是因?yàn)樵嚰?nèi)存在大量水泥，其能夠與水不斷產(chǎn)生水化反應(yīng)，試件的水泥量越大則對應(yīng)水化持續(xù)時間越長，試件強(qiáng)度不斷提升，在水泥水化結(jié)束后，試件強(qiáng)度也隨之結(jié)束。侵蝕干濕循環(huán)情況下，試件強(qiáng)度呈先升高后下降的趨勢，60d之前，試件強(qiáng)度呈上升趨勢，原因是試件損傷機(jī)理無法與強(qiáng)度正常變化相抵，60d之后試件強(qiáng)度呈下降趨勢，原因是試件自身強(qiáng)度提升較小，在硫酸鹽侵蝕環(huán)境下又受干濕循環(huán)影響損傷嚴(yán)重，所以試件強(qiáng)度下降。

硫酸鹽介質(zhì)在試件中的滲透擴(kuò)散受其濃度影響，濃度越高則滲透擴(kuò)散的動力隨之提升，在Na2SO4溶液分別為S1、S10的質(zhì)量濃度下測試試件的抗折強(qiáng)度。

Na2SO4質(zhì)量濃度為S1時，試件的抗折強(qiáng)度損失率跟隨侵蝕時間的增長緩慢上升，Na2SO4質(zhì)量濃度為S10時，試件的抗折強(qiáng)度損失率跟隨侵蝕時間的增長快速上升。由此可見，Na2SO4溶液濃度越高，試件強(qiáng)度的損傷趨勢越明顯。

侵蝕介質(zhì)的類型也會直接影響試件的強(qiáng)度損傷機(jī)理，尤其是在干濕循環(huán)情況下，試件內(nèi)部的硫酸鹽介質(zhì)存在循環(huán)溶解結(jié)晶情況，為此對比侵蝕溶液分別為Na2SO4與MgSO4情況下試件的抗折強(qiáng)度。

60d之前，試件在兩種溶液中的抗折強(qiáng)度損失率幾乎完全重合，且變化不大，但在60d之后，兩種溶液中的試件抗折強(qiáng)度損失率均快速上升，并且Na2SO4溶液中的抗折強(qiáng)度損失率大于MgSO4溶液，原因是Na2SO4與MgSO4結(jié)晶分別析出Na2SO4·10H2O、MgSO4·7H2O，但是前者為直接，后者則是間接，可知Na2SO4溶液的損傷能力較高，該溶液侵蝕下試件具有較高的抗折強(qiáng)度損失率。

4 結(jié)論

添加防腐劑的混凝土可有效屈服于各項混凝土指標(biāo)，在當(dāng)前階段，由于混凝土應(yīng)用的廣泛性，其強(qiáng)度的損傷必不可免，文章研究硫酸鹽侵蝕下混凝土強(qiáng)度的損傷機(jī)理，得出結(jié)論如下：

（1）結(jié)合硫酸鹽環(huán)境與干濕循環(huán)情況可以看出，混凝土的強(qiáng)度呈先提升后下降的變化趨勢，主要原因是混凝土本身的強(qiáng)度變化以及周圍環(huán)境惡化的共同作用；

（2）即使添加防腐劑可以提升混凝土抗蝕系數(shù)，但相對MgSO4溶液，富含鈉介質(zhì)硫酸鹽引起混凝土強(qiáng)度損傷更嚴(yán)重。