材料組成對(duì)砂漿耐酸性能的試驗(yàn)研究

董亞麗 DONG Ya-li

（中鐵十七局集團(tuán)第四工程有限公司，重慶 404100）

（China Railway 17th Bureau Group 4th Engineering Co.，Ltd.，Chongqing 404100，China）

材料組成對(duì)砂漿耐酸性能的試驗(yàn)研究

董亞麗 DONG Ya-li

（中鐵十七局集團(tuán)第四工程有限公司，重慶 404100）

（China Railway 17th Bureau Group 4th Engineering Co.，Ltd.，Chongqing 404100，China）

采用酸性環(huán)境下加速試驗(yàn)的方法，研究了材料組成對(duì)砂漿耐酸性能的影響。對(duì)不同水泥品種、灰砂比和外加劑在各個(gè)腐蝕階段砂漿的質(zhì)量變化和抗壓強(qiáng)度變化進(jìn)行比較分析。結(jié)果表明：在pH=2的酸性環(huán)境下，普通硅酸鹽水泥砂漿和高抗硫酸硅酸鹽水泥砂漿的耐腐蝕能力比快硬硫鋁酸鹽水泥砂漿強(qiáng)；灰砂比大時(shí)，砂漿的耐酸性有所改善；在1年的侵蝕齡期內(nèi)，摻憎水劑的砂漿相比摻阻銹劑與密實(shí)劑的砂漿強(qiáng)度下降率小。

砂漿；膠凝材料；酸性環(huán)境；腐蝕；材料組成

0 引言

隨著科技與工業(yè)的飛速發(fā)展，混凝土結(jié)構(gòu)受惡劣環(huán)境的腐蝕日趨嚴(yán)重，混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性、強(qiáng)度及其與鋼筋的粘結(jié)強(qiáng)度等基本性能在一定程度上被大大地削弱，進(jìn)一步威脅到人們?nèi)罕姷纳?cái)產(chǎn)安全。通常情況下，混凝土材料都是呈現(xiàn)弱堿性或堿性，對(duì)酸性環(huán)境比較敏感。通過(guò)研究現(xiàn)有的資料，同時(shí)結(jié)合工程經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)一步表明：酸類腐蝕在一定程度上惡化混凝土的性能，進(jìn)一步加劇鋼筋的銹蝕程度，逐漸成為腐蝕混凝土結(jié)構(gòu)的重要因素。在我國(guó)的內(nèi)陸地區(qū)、沿海地區(qū)，經(jīng)過(guò)調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，許多橋梁、隧道、大壩、廠房等工程均受到不同程度的酸侵蝕，進(jìn)一步影響工程的安全運(yùn)行。在混凝土中，水泥砂漿作為其中的一種主要成分，在對(duì)混凝土耐酸性能進(jìn)行研究的過(guò)程中，通常情況下通過(guò)采用水泥砂漿開(kāi)展相應(yīng)的試驗(yàn)，進(jìn)而在一定程度上減少試驗(yàn)的影響因素。因此，在酸性環(huán)境中，通過(guò)試驗(yàn)研究組成材料對(duì)水泥砂漿力學(xué)性能影響規(guī)律，對(duì)于增強(qiáng)混凝土酸性條件下物理力學(xué)性能和耐久性是具有重要的意義的。

1 試驗(yàn)原材料與實(shí)驗(yàn)方法

1.1 實(shí)驗(yàn)原材料

在進(jìn)行本試驗(yàn)的過(guò)程中，選用的水泥分別是：葛洲壩水泥廠生產(chǎn)的P.O42.5普通硅酸鹽水泥(OPC)、高抗硫酸硅酸鹽水泥(SRPC)和湖北孝感安達(dá)特種水泥有限公司生產(chǎn)的42.5級(jí)快硬硫鋁酸鹽水泥(SAC)；粉煤灰采用武漢陽(yáng)邏電廠的I級(jí)粉煤灰；礦渣粉采用武漢鋼鐵集團(tuán)公司生產(chǎn)的S95級(jí)磨細(xì)礦渣粉；磷渣粉為湖北宜昌興發(fā)集團(tuán)生產(chǎn)的磷渣粉；碎石采用5～25mm連續(xù)級(jí)配石灰石質(zhì)碎石。

1.2 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)過(guò)程中水泥砂漿試件尺的規(guī)格為40mm×40mm×160mm，每種配合比有6個(gè)試件。在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室中，對(duì)試件進(jìn)行24小時(shí)養(yǎng)護(hù)，然后浸入20℃自來(lái)水中進(jìn)行28天的養(yǎng)護(hù)，取出試塊，晾至飽和面干測(cè)得其初始質(zhì)量。隨后將其浸入pH=2的硫酸溶液中，每天對(duì)溶液進(jìn)行攪動(dòng)使其均勻，確保試塊周?chē)３窒嗤那治g環(huán)境，每7天更換溶液，且每隔一段時(shí)間（2天或3天）調(diào)試pH值至初始值。測(cè)其質(zhì)量、強(qiáng)度值等表征參數(shù)，同時(shí)觀測(cè)砂漿表觀形貌變化、酚酞法測(cè)砂漿的中性化深度。

本次試驗(yàn)分別對(duì)水泥品種、材料配合比和外加劑材料進(jìn)行測(cè)試，分別比較它們對(duì)砂漿耐酸性能的影響：通過(guò)對(duì)三種水泥品種的耐酸性能進(jìn)行深入研究，分別為普通硅酸鹽水泥（OPC）、高抗硫酸鹽水泥（SRPC）以及快硬硫鋁酸鹽水泥（SAC），配合比見(jiàn)表1；材料配合比對(duì)耐酸性能影響試驗(yàn)中，采用高抗硫酸鹽水泥在不同配合比下進(jìn)行酸性腐蝕試驗(yàn)，配合比見(jiàn)表2；外加劑對(duì)耐酸性能影響試驗(yàn)中，采用密實(shí)劑、阻銹劑和憎水劑三種外加劑進(jìn)行試驗(yàn)。

表1 砂漿配合比（kg/m3）

表2 試驗(yàn)砂漿配合比（kg/m3）

2 試驗(yàn)結(jié)果

2.1 水泥品種對(duì)耐酸性能的影響

用硫酸溶液對(duì)相同水泥材料不同灰砂比的砂漿進(jìn)行侵蝕試驗(yàn)，在規(guī)定齡期測(cè)試砂漿的質(zhì)量以及強(qiáng)度變化。圖1為三種水泥砂漿侵蝕28天后外觀圖片。

2.1.1 質(zhì)量變化

測(cè)量三種水泥砂漿在不同齡期侵蝕后質(zhì)量，算出質(zhì)量損失率如表3所示。

由表3中可以得出：三種水泥砂漿在硫酸溶液中試驗(yàn)一段時(shí)間后，質(zhì)量都會(huì)急劇下降；在耐酸性能方面，OPC和SRPC這兩種水泥之間表現(xiàn)出很大的相似性，SAC質(zhì)量在酸性環(huán)境下?lián)p失最大，所以其耐酸性能通常情況下是最差的。

圖1 三種水泥砂漿侵蝕后外觀（OPC→SRPC→SAC）

表3 pH=2時(shí)三種水泥砂漿的質(zhì)量損失率

2.1.2 強(qiáng)度變化

對(duì)于砂漿來(lái)說(shuō)，通常情況下，其抗折強(qiáng)度主要：一方面受到砂漿本身性能的影響和制約，另一方面受到試塊表面狀態(tài)的影響和制約，由于這些因素的存在，使得抗折強(qiáng)度在一定程度上發(fā)生很大的波動(dòng)性，沒(méi)有明顯的規(guī)律可循，在本文中，這里只通過(guò)砂漿的抗壓強(qiáng)度作為砂漿耐酸性能的評(píng)價(jià)參數(shù)，表4、圖2在一定程度上分別為三種砂漿在pH=2的硫酸環(huán)境下經(jīng)歷不同時(shí)間的侵蝕后的抗壓強(qiáng)度結(jié)果。

表4 pH=2時(shí)，三種水泥砂漿的相對(duì)抗壓強(qiáng)度結(jié)果(MPa)

圖2 pH=2時(shí)，砂漿抗壓強(qiáng)度變化

由表4和圖2可以得出：在試驗(yàn)的中早期，雖然砂漿強(qiáng)度都會(huì)出現(xiàn)一定程度的增加，這是因?yàn)?，在試?yàn)過(guò)程中，部分未完全水化的水泥顆粒在一定程度上繼續(xù)水化生成更多的水化產(chǎn)物，進(jìn)一步填充了基體內(nèi)部的空隙，使得密實(shí)度逐漸增加，暫時(shí)性地提高了混凝土的強(qiáng)度；在長(zhǎng)期侵蝕性環(huán)境下，水泥各種水化產(chǎn)物會(huì)發(fā)生結(jié)構(gòu)變化，導(dǎo)致強(qiáng)度性能的劣化；在硫酸溶液中，OPC表現(xiàn)出比SRPC砂漿稍好的耐酸性能，SAC砂漿表現(xiàn)出最差的耐酸性能。

2.1.3 中性化深度

采用酚酞法粗略測(cè)試砂漿的中性化深度。結(jié)果顯示：126天時(shí)，對(duì)于普通硅酸鹽水泥砂漿來(lái)說(shuō)，中性化深度約為1.74mm，占截面寬度的8.7%；SRPC約為1.34mm，SAC砂漿的截面積由原來(lái)的40×40mm2變化到35.3×36.1mm2；如圖3所示。

圖3 不同砂漿斷面情況(紅色為酚酞遇堿所呈紅色)

2.2 灰砂比對(duì)耐酸性能的影響 采用相同的侵蝕方法，用硫酸溶液對(duì)相同水泥材料不同灰砂比的砂漿進(jìn)行侵蝕試驗(yàn)，在規(guī)定齡期測(cè)試砂漿的質(zhì)量以及強(qiáng)度變化，所得表5為砂漿抗壓強(qiáng)度值，圖4與圖5分別為砂漿的質(zhì)量變化率和強(qiáng)度變化率曲線。

表5 砂漿抗壓強(qiáng)度值(MPa)

圖4 砂漿質(zhì)量變化

圖5 砂漿強(qiáng)度變化

由表5、圖4和圖5可知：在硫酸環(huán)境下，各砂漿的質(zhì)量一直在減??；對(duì)于砂漿的強(qiáng)度來(lái)說(shuō)，先是增加，但是隨著酸性的侵蝕，進(jìn)而在一定程度上造成砂漿強(qiáng)度的損失速率超過(guò)因水泥繼續(xù)水化強(qiáng)度增加速率時(shí)，砂漿強(qiáng)度進(jìn)一步表現(xiàn)為下降；一個(gè)混合體，砂漿通常情況下是由水泥、水與砂共同組成，并且存在一個(gè)最佳的搭配比例，并非水泥用量越大砂漿的初始強(qiáng)度就越高。

2.3 外加劑對(duì)耐酸性能的影響

表6為摻不同種類外加劑的砂漿在侵蝕1年內(nèi)抗壓強(qiáng)度測(cè)定值，圖6為其衰退速率對(duì)比圖。

表6 摻外加劑混凝土的強(qiáng)度（MPa）

圖6 不同外加劑對(duì)混凝土耐酸性影響

通常情況下，三種防腐劑對(duì)混凝土的耐酸性的影響存在差異，但是這種差異比較小。其中，憎水劑相對(duì)較好，其原因是混凝土中加入憎水劑后，在混凝土內(nèi)部孔隙的表面存在著憎水成，進(jìn)而使得混凝土表面的張力在一定程度上增大，外界腐蝕性介質(zhì)滲入混凝土的速率被進(jìn)一步降低，混凝土性能衰退速率得到有效的延緩。

3 結(jié)論

①在pH=2的酸性環(huán)境下，OPC和SRPC的耐腐蝕能力要強(qiáng)于SAC砂漿。故酸性環(huán)境下不能夠使用快硬硫鋁酸鹽水泥。

②灰砂比從1：3上升到1：1.5時(shí)，經(jīng)歷164天pH=2的硫酸侵蝕后，砂漿的抗壓強(qiáng)度損失率從52.4%降為26%。

③憎水劑的效果相對(duì)較好，在1年的侵蝕齡期內(nèi)，相比摻阻銹劑與密實(shí)劑的混凝土，強(qiáng)度下降率較小。

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Experimental Study on the Acid Resistance of the Material Composition of Mortar

This paper studies on the effect of material in the acid resistance of the mortar by the experiment in acidic environment.The experiment uses different varieties of cement,cement-sand ratio and additives to compare the quality and compressive strength in various stages of various stages of corrosion.The results showed that:In the acidic environment of pH=2,ordinary cement mortar cement mortar and anti-acid corrosion resistance faster than a hard and strong sulfur aluminate cement mortar;it would improve acid resistance when the cement-sand ratio is larger;in the one year period,the decreased rate of mortar strength mixed with water repellent is lower than mixed with rust resistance and compacting agent.

mortar；cementations materials；acidic environment；corrosion；material

董亞麗（1979-），女，吉林長(zhǎng)春人，畢業(yè)于吉林省北華大學(xué)，研究方向?yàn)槭┕ぜ夹g(shù)。

TU502

A

1006-4311（2014）11-0090-03