養(yǎng)護溫度及方式對含石膏白云巖骨料成型的砂漿試件膨脹率的影響

邢志水，平若霏

（1.中水北方勘測設(shè)計研究有限責任公司,天津 300222；2.中國農(nóng)業(yè)銀行客戶服務中心,天津300000）

0 引言

內(nèi)部硫酸鹽侵蝕是來自混凝土內(nèi)部的硫酸鹽（含石膏的骨料、鈣礬石熱分解或C-S-H表面吸附的硫酸鹽）造成的硫酸鹽侵蝕。在室溫條件下，混凝土原材料中硫酸鹽或能轉(zhuǎn)化成硫酸鹽的硫化物含量過高時，可能引發(fā)內(nèi)部硫酸鹽侵蝕，可能引入硫酸鹽或硫化物的原材料有水泥、骨料和拌和水等。本文選用某工程現(xiàn)場采集的含石膏白云巖，經(jīng)破碎成細骨料，成型砂漿試件，試驗研究不同養(yǎng)護條件對砂漿試件膨脹率的影響，并對類似工程中就地取材巖石的應用提出建議。

1 試驗材料與方法

1.1 試驗材料

1.1.1 水泥熟料

選用蕪湖海螺水泥有限公司生產(chǎn)的水泥熟料，C3A含量為10.38%，經(jīng)球磨機粉磨至比表面積為370 cm2/g。水泥熟料化學成分見表1。

1.1.2 含石膏白云巖骨料

我國某隧道工程在施工過程中，開挖山體，揭示出含石膏巖石，巖石斷面可見清晰的白色石膏富集區(qū)。

取含石膏巖石研磨，進行化學分析，結(jié)果顯示：巖石SO3含量為24.16%，巖石X-射線衍射分析結(jié)果見圖1，巖石主要礦物組成為石膏和白云石。本文將此種巖石命名為含石膏白云巖，以此種巖石破碎而成的骨料為含石膏白云巖骨料。

圖1 含石膏白云巖的XRD譜圖

將從該隧道工程現(xiàn)場取來的含石膏白云巖石塊用顎式破碎機破碎成細骨料。細骨料依據(jù)GB/T 14684-2011《建筑用砂》標準進行篩分，成型砂漿選用粒徑小于1.18 mm的各級細骨料，見表2。

表1 水泥熟料的化學成分（wt./%）

1.1.3 水

選用實驗室自來水。

1.2 試驗方法

砂漿配合比為 C∶S∶W=600∶1 650∶360，W/C=0.6。依據(jù)GDIT 749-2008《水泥抗硫酸鹽侵蝕試驗方法》標準成型四組砂漿試件，試件尺寸為10 mm×10 mm×60 mm。砂漿成型24 h后拆模，所有試件實驗室自然養(yǎng)護28 d后，一組繼續(xù)在20℃下自然養(yǎng)護，一組轉(zhuǎn)入5%的Na2SO4溶液中密封養(yǎng)護，溫度為20℃，兩組轉(zhuǎn)入在蒸餾水中密封養(yǎng)護，養(yǎng)護溫度分別為20℃和40℃。

2 試驗結(jié)果與分析

2.1 溫度和養(yǎng)護方式對含石膏白云巖骨料水泥砂漿膨脹率的影響

圖2是含石膏白云巖骨料砂漿試件不同養(yǎng)護條件下不同齡期的膨脹率。從圖2中可見，自然養(yǎng)護條件下水泥砂漿表現(xiàn)為收縮，早期收縮速率較快，后期趨于平穩(wěn)，300 d收縮率達到0.17%；水養(yǎng)護和溶液養(yǎng)護的水泥砂漿吸水膨脹速率都很快，浸泡2 d就補償了自然養(yǎng)護28 d造成的收縮，并開始產(chǎn)生膨脹；20℃和40℃養(yǎng)護溫度條件下，水泥砂漿膨脹率逐漸增大，早期增長較快，后期趨于平穩(wěn)，300 d膨脹率分別達到0.149%和0.163%；Na2SO4溶液對水泥砂漿膨脹率的在早期影響不明顯，后期影響較大，約180 d后，Na2SO4溶液養(yǎng)護的水泥砂漿的膨脹率超過了40℃水養(yǎng)護的水泥砂漿的膨脹率，300 d膨脹率達到0.236%，且有繼續(xù)膨脹的趨勢。

2.2 水泥砂漿中的礦物組成

圖3為齡期為300 d的含石膏白云巖骨料水泥砂漿粉末XRD譜圖。由圖3可見，除了含石膏白云巖骨料引入的石膏和白云石外，20℃Na2SO4溶液養(yǎng)護、20℃和40℃水養(yǎng)護的砂漿內(nèi)均生成了鈣礬石，鈣礬石可能是水泥砂漿樣膨脹的主要原因。

表2 砂漿成型所用細骨料顆粒級配

圖2 不同養(yǎng)護條件下砂漿不同齡期的膨脹率

圖3 齡期為300 d的含石膏白云巖骨料水泥砂漿粉末XRD譜圖

3 討論

混凝土內(nèi)部硫酸鹽侵蝕的發(fā)生需要三個決定因素：微裂紋、后期硫酸鹽的釋放及水的存在。界面過渡區(qū)是混凝土內(nèi)部的薄弱環(huán)節(jié)，是水介質(zhì)和離子傳輸?shù)耐ǖ馈ｐB(yǎng)護水通過界面過渡區(qū)、微裂紋和其他薄弱環(huán)節(jié)滲透到砂漿試件內(nèi)部，溶解了含石膏白云巖骨料中的石膏，硫酸根與水泥水化產(chǎn)物發(fā)生物理化學反應，在砂漿內(nèi)生成膨脹型硫酸鹽侵蝕產(chǎn)物鈣礬石，造成砂漿試件膨脹率的發(fā)展。硫酸根與水泥水化產(chǎn)物發(fā)生物理化學反應速率受溫度和硫酸鹽濃度的影響，較高的溫度和濃度加快砂漿試件膨脹率的發(fā)展。選取此類含石膏白云巖石用于混凝土工程，在潮濕環(huán)境下，很可能發(fā)生內(nèi)部硫酸鹽侵蝕，造成工程破壞。

4 結(jié)論

（1）40℃比20℃溫度條件下水養(yǎng)護的水泥砂漿膨脹率發(fā)展相對較快，且在試驗前期差距較明顯，300 d膨脹率分別達到0.163%和0.149%。

（2）20℃ Na2SO4溶液養(yǎng)護比20℃水養(yǎng)護對水泥砂漿膨脹率的影響大。兩種養(yǎng)護方式的砂漿試件，前期膨脹率發(fā)展規(guī)律相似，后期差距較大，大約養(yǎng)護180 d，20℃ Na2SO4溶液養(yǎng)護的砂漿膨脹率超過了40℃水養(yǎng)護的砂漿膨脹率。20℃Na2SO4溶液養(yǎng)護砂漿試件300 d膨脹率達到0.236%。

（3）20℃ Na2SO4溶液養(yǎng)護、20℃和 40℃水養(yǎng)護的砂漿內(nèi)均生成了鈣礬石，鈣礬石可能是水泥砂漿樣膨脹的主要原因。

（4）含石膏白云巖骨料SO3含量為24.16%，礦物組成主要是石膏和白云巖，巖石斷面可見清晰的石膏富集區(qū)。用于混凝土工程中，在潮濕環(huán)境下，很可能發(fā)生內(nèi)部硫酸鹽侵蝕，造成工程破壞。