復(fù)合納米材料和復(fù)合摻合料對(duì)混凝土抗硫酸鹽侵蝕性能的影響

冷秀娟，武秀文，冀承蕾

（青島黃海學(xué)院，山東青島 266427）

硫酸鹽侵蝕問(wèn)題目前已經(jīng)引起各研究領(lǐng)域的廣泛重視，國(guó)內(nèi)外研究者展開(kāi)大量硫酸鹽侵蝕破壞機(jī)理、預(yù)防措施和評(píng)價(jià)方法相關(guān)研究?？偨Y(jié)現(xiàn)有研究成果中一般認(rèn)為由于化學(xué)反應(yīng)引發(fā)所致鈣礬石、石膏膨脹，是混凝土出現(xiàn)抗硫酸鹽侵蝕情況的關(guān)鍵原因，尤其近年來(lái)學(xué)術(shù)界也逐漸加大對(duì)于碳硫硅鈣石的，認(rèn)為其為引發(fā)混凝土硫酸鹽化學(xué)侵蝕的關(guān)鍵原 因[1-4]。目前研究認(rèn)為能夠有效防治硫酸鹽侵蝕破壞的主要措施，可以通過(guò)對(duì)C3A、C3S含量的有效限制，基于硫酸鹽化學(xué)侵蝕理論基礎(chǔ)，將活性摻合料加入其中實(shí)現(xiàn)控制最小凝膠材料用量，這樣一來(lái)便可以對(duì)鈣礬石、石膏所致化學(xué)侵蝕問(wèn)題有效預(yù)防[4-8]。目前我國(guó)也嚴(yán)格規(guī)定了抗硫酸鹽水泥內(nèi)的C3A、C3S含量，實(shí)際上所致混凝土抗硫酸鹽化學(xué)侵蝕情況的主要原因之一，也由于Na2SO4、CaSO4、MgSO4所致。尤其對(duì)于我國(guó)西部潮汐、鹽堿等地區(qū)，更是極易發(fā)生此種混凝土抗硫酸鹽化學(xué)侵蝕情況，譬如青海地區(qū)人防工程、成昆鐵路隧道工程，以及鹽湖鹽漬土的混凝土建筑物發(fā)生腐蝕崩潰問(wèn)題等[9-10]。隨著混凝土技術(shù)水平的逐漸提升，在混凝土中也逐漸普遍運(yùn)用摻合料，能夠?qū)炷恋拿軐?shí)度有效提升，并對(duì)界面結(jié)構(gòu)充分改善，更能夠綜合提高耐久性及整體強(qiáng)度。減水劑的應(yīng)用則可以實(shí)現(xiàn)混凝土水膠比的有效降低，并且對(duì)坍落度損失問(wèn)題有效控制[11-12]。因此本文研究了復(fù)合納米材料復(fù)合摻合料，對(duì)混凝土抗硫酸鹽侵蝕性能的影響。

1 材料與方法

1.1 材料

水泥，礦粉，粉煤灰，納米材料，石子，沙子，天然礦物，活化劑，外加劑。

1.2 方法

水泥膠砂的強(qiáng)度、混凝土拌合物坍落度、抗壓強(qiáng)度均參照對(duì)應(yīng)相關(guān)規(guī)定，進(jìn)行抗硫酸鹽侵蝕性能實(shí)驗(yàn)以（GB/T 50081—2002）其中規(guī)定為依據(jù)，完成規(guī)格100mm×100mm×100mm試件的成型處理，完成28d養(yǎng)護(hù)工作后，分別裝設(shè)于5%濃度的硫酸鈉溶液塑料箱內(nèi)以及5%濃度的硫酸鎂溶液塑料箱內(nèi)。與此同時(shí)在清水中浸泡用于對(duì)比實(shí)驗(yàn)的同規(guī)格試件，在各自完成28d、56d浸泡后，將試件取出檢測(cè)強(qiáng)度的影響。在氯離子侵蝕試驗(yàn)檢測(cè)中，采用5%濃度的NaCl浸泡方式等同抗硫酸鹽侵蝕實(shí)驗(yàn)。

SEM測(cè)試在凈漿試樣中成功取出粒狀樣品為2.5~5mm，進(jìn)行真空干燥處理直至恒重，并使用導(dǎo)電膠在銅質(zhì)樣品座上粘貼樣品，真空鍍金之后采用掃描電鏡對(duì)微觀(guān)形貌進(jìn)行放大5000倍觀(guān)察。DSC分析將水化齡期試樣去除之后，各自達(dá)到相應(yīng)的粉磨以及差熱化實(shí)驗(yàn)所需，在坩堝內(nèi)置入完成制作的適量樣品，基于空氣載體能夠達(dá)到10℃/min的升溫速度，直至最終升溫至900℃。摻和復(fù)合納米材料方式分別有兩種：第一種是在減水劑中摻入復(fù)合納米材料均勻攪拌；第二種是復(fù)合摻合料中加入復(fù)合納米材料均勻攪拌。

2 試驗(yàn)結(jié)果

2.1 復(fù)合納米材料差異場(chǎng)合量產(chǎn)生復(fù)合摻合料水泥膠砂強(qiáng)度影響

作為摻入礦渣、粉煤灰、活化劑、天然礦物的混合物摻合料摻入后，膠砂配合比具體試驗(yàn)結(jié)果。將A0、A2摻入后對(duì)比發(fā)現(xiàn)，由于復(fù)合摻合料并不具備較快的活性發(fā)揮速度，所以摻入復(fù)合摻合料，并不會(huì)提高早期膠砂強(qiáng)度，但是對(duì)后期強(qiáng)度可以有所提升。在B2、C2、D2、E2試樣內(nèi)，將復(fù)合納米材料加入減水劑內(nèi)，與膠砂相融分別達(dá)到摻入量所占減水劑摻入量的0.1%、0.5%、1.0%、1.5%。根據(jù)下表能夠發(fā)現(xiàn)后四種相較A2不同提升膠砂強(qiáng)度，并且達(dá)到其他同樣材料加入量時(shí)，在既定范圍內(nèi)才能夠達(dá)到最優(yōu)化的復(fù)合納米材料加入量效果。加入1.0%時(shí)D2試樣獲得最大的膠砂抗壓強(qiáng)度提升效果。

2.2 混凝土試樣分析

2.2.1 不同摻入復(fù)合納米材料方式影響混凝土強(qiáng)度

作為不同摻入復(fù)合納米材料方式影響混凝土強(qiáng)度結(jié)果，F(xiàn)1~F4分別表示：基準(zhǔn)混凝土、摻合料取代了水泥30%、在摻合料取代水泥30%基礎(chǔ)上另外摻入復(fù)合摻合料1.0%質(zhì)量的復(fù)合納米材料；自己配制所得復(fù)合摻合料的通量取代水泥30%。根據(jù)下表能夠發(fā)現(xiàn)3d齡期階段，較F1后三種方式的抗壓強(qiáng)度均高，在7d、28d時(shí)較F1來(lái)說(shuō)F4的抗壓強(qiáng)度更高，將復(fù)合納米材料同時(shí)摻入，不同的摻入方式也產(chǎn)生了差異化混凝土抗壓強(qiáng)度影響。在28d齡期時(shí)F4的抗壓強(qiáng)度最大，是F1的111.20%、F2的104.13%、F3的104.06%，這一結(jié)果表示通過(guò)摻入復(fù)合納米材料，能夠?qū)炷翉?qiáng)度有效增強(qiáng)。

2.2.2 復(fù)合納米材料不同摻入量影響混凝土強(qiáng)度

作為復(fù)合納米材料及復(fù)合納米材料制備混凝土的強(qiáng)度影響情況，G1~G4分別表示復(fù)合摻合料所摻入量等量取代水泥30%、復(fù)合摻合料所摻入量作為減水劑質(zhì)量的0.5%、1.0%、1.5%。P1~P4分別表示復(fù)合摻合料所摻入量等量取代水泥40%、復(fù)合摻合料所摻入量作為減水劑質(zhì)量的0.5%、1.0%、1.5%。根據(jù)下表可以發(fā)現(xiàn)在G組，較G1混凝土坍落度來(lái)說(shuō)，G2、G3達(dá)到更大的坍落度，且G3最大坍落度。在P組中相對(duì)比P1來(lái)說(shuō)，P2、P3、P4均達(dá)到較大的坍落度，H2坍落度小于H3。根據(jù)該結(jié)果發(fā)現(xiàn)納米材料的摻入能夠?qū)炷恋牟煌g期抗壓強(qiáng)度有效提升，且隨著摻入復(fù)合納米材料的摻入量增加，與混凝土抗壓強(qiáng)度之間呈正相關(guān)。但是在摻入量超出1.0%之后，則混凝土抗壓強(qiáng)度增幅較小，所以復(fù)合納米材料以1%摻入量最適合。對(duì)比G3、P3可以得出以30%復(fù)合摻合料的取代水泥值最為適合。

2.3 抗硫酸鹽侵蝕性能試驗(yàn)

完成復(fù)合摻合料等量取代水泥所配制得出的C40混凝土展開(kāi)試驗(yàn)，（見(jiàn)表5）作為最終的抗硫酸鹽侵蝕性能結(jié)果。A0、A1、A2分別表示基準(zhǔn)混凝土配合比、復(fù)合摻合料的等量取代30%水泥，在A(yíng)2摻入復(fù)合納米材料為減水劑質(zhì)量的1%。根據(jù)下表可以發(fā)現(xiàn)經(jīng)過(guò)配制得出的混凝土經(jīng)過(guò)不同溶液分別進(jìn)行28d、56d侵蝕試驗(yàn)之后，A1、A2較A0的混凝土強(qiáng)度更大。其中28d后A1配制混凝土的浸泡溶液Na2SO4、MgSO4較水最終獲得的抗壓強(qiáng)度更大，56d浸泡后Na2SO4的混凝土抗壓強(qiáng)度較水明顯小。這一結(jié)果表示復(fù)合納米材料、復(fù)合摻合料復(fù)配，對(duì)于混凝土的抗硫酸鹽侵蝕性能明顯增強(qiáng)。

2.4 凈漿水微觀(guān)分析

（見(jiàn)圖1）能夠發(fā)現(xiàn)水泥漿體內(nèi)的DSC曲線(xiàn)共產(chǎn)生3個(gè)吸熱峰值，分別處于85℃~90℃、439℃~448℃、660℃~718℃。所以據(jù)此推斷的出C-S-H，AFt的脫水峰溫度區(qū)間在85℃~ 90℃，Ca（OH）2的脫水峰溫度區(qū)間在439℃~448℃，CaCO3的脫水峰溫度區(qū)間在660℃~718℃。則以結(jié)果證實(shí)了將復(fù)合摻合料加入之后，能夠起礦粉、粉煤灰受活化劑激發(fā)作用，對(duì)Ca（OH）2大量消耗，所致凈水漿體出現(xiàn)少數(shù)Ca（OH）2晶體。C-S-H，AFt增加現(xiàn)象也反映了加入復(fù)合納米材料之后，會(huì)形成和Ca（OH）2反應(yīng)，從而對(duì)混凝土耐久性充分提升。

圖1 凈漿的28d水化物分析

3 結(jié)語(yǔ)

本文得出主要結(jié)論如下：

1）相較C40級(jí)別混凝土，經(jīng)過(guò)將復(fù)合納米材料、復(fù)合摻合料加入基準(zhǔn)混凝土內(nèi)，復(fù)配C40混凝土能夠明顯增強(qiáng)抗硫酸鹽、氯離子的侵蝕能力，并且提高20%左右的抗壓強(qiáng)度。

2）復(fù)合納米材料摻入至減水劑內(nèi)，運(yùn)用于混凝土所獲成效較混凝土內(nèi)摻入復(fù)合摻合料，能夠獲得更優(yōu)化的應(yīng)用效果，對(duì)納米材料極易發(fā)生團(tuán)聚問(wèn)題有效解決，并且確定復(fù)合納米材料摻入減水劑的適量需要控制為，摻入量達(dá)減水劑總質(zhì)量0.5%~1.0%。

3）以C40混凝土進(jìn)行抗硫酸鹽侵蝕性能試驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，復(fù)合納米材料及復(fù)合摻合料，對(duì)于混凝土抗硫酸鹽性能可以明顯提升，并增強(qiáng)混凝土耐久性。