硫酸鹽侵蝕下防腐劑對混凝土防腐效果對比

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實驗室，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。青島理工大學楊本菊[6]的研究表明，防腐劑的加入有利于混凝土強度以及抗硫酸鹽侵蝕性能的提升。

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

2 試驗

2.1 原材料

1)水泥：P.O42.5級水泥，其物理性能和化學成分見表1,表2。

表1 水泥的物理性能

表2 水泥化學成分的質(zhì)量分數(shù) %

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

表3 粉煤灰化學成分的質(zhì)量分數(shù) %

3)礦粉：其化學成分見表4。

表4 礦粉化學成分的質(zhì)量分數(shù) %

4)砂：機制砂，細度模數(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標準要求。

2.2 混凝土配合比及試驗方法

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方法，基于模擬加速腐蝕模型，確定試驗條件：成型1 d后拆模，置于50 ℃水中養(yǎng)護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試件進行軸心抗壓強度測試，并計算腐蝕溶液中試件的抗壓強度耐腐蝕系數(shù)和凈強度變化。

3 結果與討論

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

通過凈漿試驗考察液體防腐劑與水泥的適應性如下:

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展度210 mm，1 h擴展度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展度220 mm，1 h擴展度260 mm。

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

3.1.2 新拌混凝土狀態(tài)

按照表1所示配合比，實驗室攪拌混凝土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展度、1 h經(jīng)時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度的影響

圖3為10%硫酸鹽溶液中基準混凝土、摻防腐劑混凝土抗壓強度隨著腐蝕齡期增加的變化趨勢?？梢钥闯?，與基準混凝土相比，摻防腐劑的混凝土早期強度有所波動并出現(xiàn)小于基準混凝土的現(xiàn)象，而后期強度會接近甚至會超過基準混凝土，這驗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，結構也較為平整。

3.4 摻防腐劑對混凝土微結構的改善效果分析

混凝土宏觀侵蝕破壞的根本原因在于水泥石微觀結構的變化，研究混凝土微觀結構變化的常用手段是掃描電子顯微鏡。對腐蝕后的混凝土進行微觀分析。待混凝土軸心抗壓強度試驗，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混凝土、摻液體防腐劑混凝土加速循環(huán)腐蝕至30 d時的掃描電子顯微鏡形貌圖。從圖中可以看出，基準混凝土和摻液體防腐劑混凝土的孔結構存在明顯差異，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)部結構更加密實。從而驗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論與現(xiàn)有的一些研究成果一致[9]。

4 結語

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

2)摻防腐劑的混凝土的孔結構明顯細化，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，結構也較為平整，具有防腐效果。