硫酸銨腐蝕后混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)研究

彭劍，　張根生，　鄧通發(fā)，3，　訾巖珂，　周森峰（.江西理工大學(xué)建筑與測繪工程學(xué)院，江西贛州34000；.贛州市交通工程質(zhì)量監(jiān)督站，江西 贛州34000；3.廣州大學(xué)土木工程學(xué)院，廣州50006）

硫酸銨腐蝕后混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)研究

彭劍1，張根生2，鄧通發(fā)1，3，訾巖珂1，周森峰1
（1.江西理工大學(xué)建筑與測繪工程學(xué)院，江西贛州341000；2.贛州市交通工程質(zhì)量監(jiān)督站，江西 贛州341000；3.廣州大學(xué)土木工程學(xué)院，廣州510006）

結(jié)合贛南區(qū)域稀土開采殘留硫酸銨的環(huán)境問題，以及受其污染土地后期開發(fā)的背景下，研究腐蝕齡期、水灰比及腐蝕濃度對混凝土受硫酸銨侵蝕的性能影響.結(jié)果表明：受腐蝕混凝土的應(yīng)力應(yīng)變變化規(guī)律相似，受齡期，水灰比、溶液濃度的影響較大.受腐蝕混凝土在長齡期、高水灰比、和高濃度影響下劣化明顯——齡期、水灰比和溶液濃度對受腐蝕混凝土的抗壓強(qiáng)度影響顯著，齡期越長，水灰比越大，混凝土受硫酸銨腐蝕程度更深；低濃度、短齡期條件下混凝土的強(qiáng)度變化較小；超過一定濃度，濃度越大，受腐蝕混凝土的劣化越大.

混凝土；硫酸銨；水灰比；濃度；齡期；應(yīng)力-應(yīng)變曲線

贛南是南方離子型稀土的主產(chǎn)區(qū)，其儲量占江西全省稀土儲量的90%左右［1］.該地區(qū)稀土的開采工藝是采用硫酸銨浸取液對礦石浸溶以獲得稀土元素離子交換液，這種工藝除了容易造成嚴(yán)重的水土流失外，殘留的硫酸銨溶液會造成土壤酸化，并且對礦區(qū)內(nèi)的混凝土構(gòu)筑物也具有腐蝕作用.生產(chǎn)硫酸銨晶體廠房的混凝土基礎(chǔ)、支撐輸送硫酸銨母液設(shè)備的泵送基礎(chǔ)［2-3］，遭受很嚴(yán)重的腐蝕.目前，混凝土受硫酸鹽腐蝕的研究中以硫酸鈉、硫酸鎂為研究對象的文獻(xiàn)較多，對受腐蝕混凝土劣化規(guī)律和機(jī)理取得較大的研究成果［4-8］，然而，對于混凝土在硫酸銨溶液侵蝕環(huán)境下的腐蝕劣化規(guī)律及機(jī)械分析卻鮮有報(bào)道；《工業(yè)建筑防腐蝕設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50046-2008）中［9］將濃度大于1%的硫酸銨、硫酸鎂、硫酸鈉定義為強(qiáng)腐蝕溶液；《巖土工程勘察規(guī)范》（GB50021－2001）［10］對建筑結(jié)構(gòu)腐蝕認(rèn)為離子腐蝕性程度NH4+＞Mg2+＞Na+.硫酸銨溶液中SO42-與混凝土發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而結(jié)晶膨脹，NH4+也與混凝土發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而起到分解作用及溶出作用，兩者都會對混凝土強(qiáng)度產(chǎn)生較顯著的影響，SO42-和NH4+的混凝土侵蝕破壞的耦合作用破壞規(guī)律和程度有何不同，當(dāng)前沒有相關(guān)報(bào)道.因此，研究混凝土在硫酸銨的侵蝕環(huán)境作用下的劣化規(guī)律及其機(jī)理分析具有顯著的理論實(shí)踐意義.

混凝土受硫酸鹽侵蝕破壞與諸多因素有關(guān)，本文為完善混凝土的硫酸鹽腐蝕理論作出一份貢獻(xiàn)，為混凝土在原地浸礦離子型稀土礦區(qū)中的應(yīng)用提供一些科學(xué)的理論依據(jù).通過浸泡后的混凝土試件進(jìn)行單軸抗壓強(qiáng)度測試，研究了水灰比、浸泡齡期、溶液濃度對強(qiáng)度的影響，探討了硫酸銨對混凝土的腐蝕規(guī)律和腐蝕機(jī)理.

1　試驗(yàn)概況

1.1混凝土原材料與配合比

試驗(yàn)用水泥采用江西萬年青水泥股份有限公司生產(chǎn)的萬年青牌42.5級普通硅酸鹽水泥；骨料中的河沙采用細(xì)度模數(shù)為3.3的贛州章江河沙，碎石采用2.5～9.5mm級配的石灰?guī)r碎石，其中粒徑為2.5～5mm的碎石占15%，粒徑為5～9.5 mm的碎石占85%；減水劑采用SX-C18緩凝型聚羧酸高性能減水劑.硫酸銨由國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司生產(chǎn)，AR級分析純.

1.2試驗(yàn)方法

按照 《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程 （JGJ55-2011）》［11］規(guī)范進(jìn)行混凝土配合比及混凝土成型，一次性加滿試模，然后開始啟動(dòng)振動(dòng)臺進(jìn)行振實(shí)，直到表面泛漿為止，將高出試模的部分刮去，并用抹刀抹平.試件在室內(nèi)靜停24 h后拆模，成型后標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28 d，然后放置于硫酸銨溶液中進(jìn)行長期浸泡侵蝕試驗(yàn)，硫酸銨溶液濃度分別為0.5%、2.5%、5%、10%、15%等五種溶液，為保持硫酸銨溶液的相對穩(wěn)定，本次試驗(yàn)采用帶蓋容器箱，并每隔30 d更換溶液.在侵蝕齡期為0 d、30 d、60 d、90 d進(jìn)行試塊表觀現(xiàn)象觀察、強(qiáng)度測試.試件分組及配合比見表1，每組試件6個(gè)，共54個(gè)試件.

表1　混凝土配合比

冷發(fā)光［12］研究得知混凝土的硫酸鹽腐蝕在小尺寸影響下程度越深，但與混凝土標(biāo)準(zhǔn)試件性能劣化特點(diǎn)基本相似，為加快試驗(yàn)進(jìn)度，提高本試驗(yàn)的時(shí)效性和效果的顯著性，本實(shí)驗(yàn)選用采用40 mm× 40 mm×160 mm的試件，同時(shí)依據(jù)《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》GB/T 50082-2009［13］試驗(yàn)，與《水泥硫酸鹽侵蝕試驗(yàn)方法》GB/T 749-2008［14］中混凝土基本性能試驗(yàn)方法的抗壓強(qiáng)度進(jìn)行試驗(yàn).抗壓強(qiáng)度測試采用山東威海市試驗(yàn)機(jī)制造有限公司生產(chǎn)的WDW-500C型微機(jī)控制電子萬能試驗(yàn)機(jī)，抗壓夾具采用北京中科路達(dá)試驗(yàn)儀器有限公司生產(chǎn)的40mm×40mm水泥抗壓夾具.

2　試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1表觀現(xiàn)象分析

圖1為不同水灰比的混凝土在濃度5%的硫酸銨溶液浸泡下60 d后的表面侵蝕特征，隨水灰比增大，表面劣化越明顯.

經(jīng)過60 d浸泡，水灰比為0.4的受侵蝕混凝土表面沒有發(fā)現(xiàn)較明顯的裂縫出現(xiàn)，但表面有灰白色鹽類晶體吸附在試件表面；而水灰比為0.5的混凝土侵蝕表面可以看出有較明顯的裂縫分散在邊角處，侵蝕面成灰白色，邊角有脫落的跡象；當(dāng)水灰比為0.6時(shí)，混凝土侵蝕表面四周裂縫非常明顯，且相互貫通，侵蝕面成灰白色，邊角有脫落的跡象.

圖1　60 d時(shí)受腐蝕混凝土試塊侵蝕側(cè)面圖

圖2（a）、（b）、（c）為60 d侵蝕齡期下水灰比0.5的受腐蝕混凝土在不同濃度條件下表面侵蝕特征，明顯可以觀察其隨濃度增大，表面劣化越明顯.經(jīng)過60 d浸泡，2.5%溶液條件下試塊侵蝕面四周區(qū)域沒有裂縫出現(xiàn)，表觀完整度好，沒有太大變化；10%溶液條件下受腐蝕混凝土表面周邊區(qū)域有較明顯的裂縫，且表面孔洞明顯增多；15%溶液條件下，試塊膨脹彎曲變形較明顯，且外表皮腐蝕劣化破碎，邊角有剝落，能看見混凝土內(nèi)部的粗骨料.

圖2（e）、（f）、（g）為15%溶液濃度下水灰比為0.5的受腐蝕混凝土在不同齡期條件下表面侵蝕特征，其隨齡期增大，表面劣化越顯著.在同為高濃度硫酸銨腐蝕溶液下（15%），混凝土在齡期30 d的侵蝕表面鈣化比較嚴(yán)重，邊角裂縫較寬，且有少許邊角脫落；相對比而言，60 d齡期下的劣化程度更深，表面脫鈣破壞明顯，且邊角已脫落；90 d齡期的受腐蝕混凝土表面砂漿層被腐蝕破碎且脫落，內(nèi)部粗骨料外顯，邊角棱角鈍化.

圖2　同一齡期下混凝土在不同濃度溶液中的侵蝕表面

2.2受腐蝕混凝土應(yīng)力-應(yīng)變曲線分析

受腐蝕混凝土的單軸受壓狀態(tài)下的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系，全面反應(yīng)各個(gè)受力階段的變形特點(diǎn)和破壞過程.圖3給出了不同條件下受腐蝕混凝土的應(yīng)力-應(yīng)變曲線，因在混凝發(fā)生破壞后應(yīng)變數(shù)據(jù)采集不太準(zhǔn)確，試驗(yàn)中為加快試驗(yàn)進(jìn)程，在混凝加載到剛破壞后不久就停止加載，故數(shù)據(jù)下降段不全.圖3（a）為5%溶液濃度浸泡60 d后不同水灰比的混凝土應(yīng)力應(yīng)變曲線；圖3（b）為水灰比0.5的混凝土在不同濃度溶液浸泡60 d后的應(yīng)力應(yīng)變曲線圖；圖3（c）為水灰比0.5的混凝土浸泡在5%溶液中不同齡期后的應(yīng)力應(yīng)變曲線圖.

圖3　不同影響因素下受腐蝕混凝土的應(yīng)力-應(yīng)變曲線

從圖3中可以看到，水灰比、濃度和腐蝕齡期影響下混凝土應(yīng)力應(yīng)變曲線大致相似，大致可分為3個(gè)發(fā)展階段：第1階段為為彈性階段，如應(yīng)力隨應(yīng)變的增長而增大；第2階段為彈塑性變形階段，如拐點(diǎn)區(qū)域數(shù)據(jù)點(diǎn)的密實(shí)段；第3階段為破壞階段，破壞變形迅速發(fā)展，壓應(yīng)力迅速下降，如圖3中的下降段.同5%濃度、60 d齡期的應(yīng)力應(yīng)變曲線如圖3（a）可知，較大的水灰比影響下，受腐蝕混凝土應(yīng)力應(yīng)變曲線及其峰值有向右下角偏移的趨勢，應(yīng)力應(yīng)變峰值由（44.38MPa、0.043）變?yōu)椋?8.83 MPa、0.052），這意味著受腐蝕混凝土隨水灰比增大，強(qiáng)度值下降，而變形性能增強(qiáng)；同0.5水灰比、60 d齡期的應(yīng)力應(yīng)變曲線如圖3（b）可知，除濃度0.5%與清水相比變化不大外，高于0.5%濃度的溶液浸泡后曲線有向右下角偏移的趨勢，最顯著的曲線如5%、10%和15%濃度的應(yīng)力值由37.72MPa降為11.7 MPa、應(yīng)變值由0.043增加為0.094，隨著濃度的增大，其偏移程度越明顯；圖3（c）中同0.5水灰比、5 %濃度的應(yīng)力應(yīng)變曲線可以很明顯看出隨腐蝕齡期的延長，曲線及其峰值向右下角偏移，說明隨腐蝕齡期延長，混凝土強(qiáng)度越低，變形性能越大.

分析其原因，在于混凝土試件受硫酸銨溶液腐蝕，其外表面容易膨脹生成較多的微裂縫，當(dāng)水泥用量較大（大水灰比）、腐蝕濃度越高、齡期越長時(shí)，微裂縫容易擴(kuò)展、增多，深入混凝土內(nèi)部，受腐蝕混凝土應(yīng)力值降低；試塊在受壓加載過程中微裂縫被“壓實(shí)”，而這個(gè)過程應(yīng)變存在，同時(shí)由于NH4+對混凝土腐蝕區(qū)域的溶蝕作用，使骨料之間粘結(jié)性變差而變得疏松，致使應(yīng)力應(yīng)變曲線向右偏移.

2.3強(qiáng)度分析

通過對每個(gè)試件的極限應(yīng)力、應(yīng)變計(jì)算得到試件的極限強(qiáng)度值，每組試件的極限值以6個(gè)極限強(qiáng)度的算術(shù)平均數(shù)確定.表2為不同條件下混凝土單軸抗壓強(qiáng)度極限值.

表2　混凝土在不同濃度硫酸銨溶液下的抗壓強(qiáng)度極限值

受腐蝕混凝土強(qiáng)度變化采用相對抗壓強(qiáng)度抗蝕系數(shù)Rcc和強(qiáng)度差值來表征：

其中，Rcc——抗壓強(qiáng)度抗蝕系數(shù)，Rcc＞1表示混凝土強(qiáng)度增加，Rcc＜1表示強(qiáng)度降低；

△0i（k）——強(qiáng)度損失值，△0i（k）為正值表明強(qiáng)度增加；△0i（k）為負(fù)值表明強(qiáng)度降低；

fccu——同一齡期下受腐蝕混凝土抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)值（MPa）；

fcwu——同一齡期下清水養(yǎng)護(hù)未腐蝕混凝土抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)值（MPa）；

2.3.1腐蝕齡期對受腐蝕混凝土抗壓強(qiáng)度的影響

圖4為0.5水灰比下混凝土隨腐蝕齡期變化的強(qiáng)度劣化規(guī)律.受腐蝕混凝土隨腐蝕時(shí)間的不同，其單軸抗壓強(qiáng)度隨之有規(guī)律性的變化.從圖4（a）和表2可以看出，在硫酸銨溶液浸泡環(huán)境下，抗壓強(qiáng)度總體走勢為隨著齡期增長而線性下降，其中，30～90 d浸泡齡期降幅明顯.混凝土在濃度0.5%條件下抗壓強(qiáng)度變化不大，濃度2.5%條件下60 d浸泡齡期內(nèi)抗壓強(qiáng)度變化不大，僅在60 d開始強(qiáng)度由46.85MPa下降到39.69 MPa；當(dāng)濃度大于2.5%時(shí)，隨著齡期增大，抗壓強(qiáng)度明顯呈線性下降趨勢，10%溶液濃度在90 d殘余強(qiáng)度僅為13.64MPa，15%溶液濃度在60 d殘余強(qiáng)度僅為11.7MPa.

圖4　受腐蝕混凝土抗壓強(qiáng)度、強(qiáng)度損失值及抗蝕數(shù)與腐蝕齡期的關(guān)系曲線

從圖4（b）可知，低濃度條件下（＜2.5%）強(qiáng)度損失值隨腐蝕齡期增長變化不大，90 d浸泡齡期的最高強(qiáng)度損失僅為3.26MPa；高濃度影響下（＞2.5%）受腐蝕混凝土的強(qiáng)度隨腐蝕齡期的增長及濃度增加，損失量越大，15%濃度條件下，90 d浸泡齡期的強(qiáng)度損失為38.01 MPa，該損失量在當(dāng)前腐蝕齡期內(nèi)最大.從圖4（c）抗蝕系數(shù)可知，抗蝕系數(shù)在濃度較低時(shí)（＜2.5%）變化較小，當(dāng)濃度大于2.5%抗蝕系數(shù)隨腐蝕齡期增加出現(xiàn)較大的降幅，15%濃度，90 d浸泡齡期的抗蝕系數(shù)僅為0.2.這表明混凝土在高濃度的腐蝕環(huán)境中較長齡期情況下混凝土劣化相當(dāng)顯著.

2.3.2水灰比對受腐蝕混凝土抗壓強(qiáng)度的影響

水灰比是影響混凝土抗壓強(qiáng)度的最主要因素之一，混凝土抗壓強(qiáng)度與水灰比成反比關(guān)系［15-16］.為了研究水灰比對混凝土受硫酸銨腐蝕力學(xué)性能影響，選擇3種水灰比（0.4、0.5、0.6）受5%濃度硫酸銨腐蝕的混凝土進(jìn)行抗壓強(qiáng)度對比試驗(yàn)，其強(qiáng)度、強(qiáng)度損失值、強(qiáng)度抗蝕系數(shù)隨水灰比變化關(guān)系曲線如圖5，從圖5（a）可以看出抗壓強(qiáng)度隨水灰比增大，抗壓強(qiáng)度越低.

圖5　受腐蝕混凝土抗壓強(qiáng)度與不同水灰比的關(guān)系曲線

從表2中可以看出，0.5水灰比清水浸泡下、在0～90 d內(nèi)，被腐蝕的強(qiáng)度變化不大，可以認(rèn)為0.4、0.6水灰比情況下清水浸泡0～90 d的強(qiáng)度值同樣變化不大，并由此來計(jì)算強(qiáng)度損失值，損失值及抗腐蝕系數(shù)隨著水灰比的關(guān)系見圖5（b）、圖6（c）.強(qiáng)度損失值隨著水灰比的增加先增加后減少，水灰比為0.5時(shí)強(qiáng)度損失值在各齡期達(dá)到最大值，而90 d齡期損失高達(dá)17.08MPa；抗壓強(qiáng)度抗蝕系數(shù)隨著水灰比的增大先減小后增大，在水灰比為0.5時(shí)在各個(gè)齡期為最小值，90 d浸泡齡期的抗蝕系數(shù)僅為0.644.存在這種變化的原因，在于水灰比較低時(shí)（0.4），混凝土水化固結(jié)后內(nèi)部越密實(shí)，生成的毛細(xì)孔率較小，這對外部SO42-和NH4+大量侵入內(nèi)部造成劣化越困難，因而低水灰比強(qiáng)度損失量較小，抗蝕系數(shù)較高；水灰比較高時(shí)（0.6），混凝土水化速度較快，內(nèi)部生成較高的孔隙率，且孔徑較大，影響的強(qiáng)度的生成，同時(shí)對外部SO42-和NH4+大量侵入混凝土內(nèi)部有利，而SO42-和NH4+與水化石的Ca（OH）2生成膨脹性的物質(zhì)如鈣礬石、石膏等充實(shí)內(nèi)部孔隙需要一定的齡期，因此在90 d齡期內(nèi)，水灰比0.6的受腐蝕混凝土強(qiáng)度損失不大；水灰比0.5的混凝土水化固結(jié)后的密實(shí)度不如水灰比0.4.但生成的孔徑小于水灰比0.6，腐蝕生成的膨脹物質(zhì)很容易填充內(nèi)部孔隙產(chǎn)生膨脹應(yīng)力造成劣化，因而水灰比0.5的強(qiáng)度損失最大，抗蝕系數(shù)最低.

2.3.3濃度對受腐蝕混凝土抗壓強(qiáng)度的影響

溶液濃度的不同會導(dǎo)致混凝土的硫酸鹽侵蝕劣化效果不同［17］，因此外界硫酸銨溶液濃度對混凝土劣化的影響是不可忽略的一個(gè)因素，圖6為水灰比0.5的混凝土被腐蝕后強(qiáng)度絕對值、損失值、抗蝕系數(shù)隨溶液濃度變化曲線.

圖6　抗壓強(qiáng)度與溶液濃度的關(guān)系曲線

從圖6可以看出，總體上抗壓強(qiáng)度值隨著浸泡濃度的增加而降低、抗壓強(qiáng)度損失值隨著濃度的增加而加大、抗壓強(qiáng)度抗蝕系數(shù)隨著濃度的增加而減小，對于低濃度（＜2.5%）低齡期（60 d內(nèi)）基本不變，損失值僅為1.7 MPa和2.2 MPa，抗壓強(qiáng)度抗蝕系數(shù)在0.93以上，當(dāng)濃度較大時(shí)（＞2.5%）隨著齡期的增加斜率越大，說明抗壓強(qiáng)度、損失值和強(qiáng)度抗蝕系數(shù)隨著齡期增加對濃度越敏感.從圖6可知，30 d齡期內(nèi)，5%濃度下受腐蝕混凝土抗壓強(qiáng)度損失僅為6.27 MPa，但15%濃度下抗壓強(qiáng)度損失為20.83 MPa；隨齡期增長到60 d時(shí)5%濃度下的強(qiáng)度損失增長到10.48MPa，而15%濃度下抗壓強(qiáng)度損失量高達(dá)36.5MPa；當(dāng)腐蝕齡期為90 d時(shí)15%濃度下的強(qiáng)度損失竟高達(dá)37.64 MPa，可見受腐蝕混凝土隨濃度的增加劣化越快.

2.4影響機(jī)理分析

硫酸銨中的SO42-和NH4+會同混凝土水化物中的Ca2+和（OH）-發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，化學(xué)反應(yīng)過程［18］如下：

在硫酸銨侵蝕環(huán)境下，硫酸銨的SO42-與混凝土中的水化產(chǎn)物中的Ca2+與 （OH）-反應(yīng)生成鈣礬石.反應(yīng)方程如下：

生成鈣礬石所需的Al（OH）4-主要由未反應(yīng)的鋁酸鹽和鐵酸鹽提供，鈣礬石和石膏的形成初期能夠密實(shí)混凝土內(nèi)部，減輕外部SO42-和 NH4+對內(nèi)部的腐蝕，對混凝土初期強(qiáng)度的提高起到積極作用，但NH4+的溶解性腐蝕能分解水泥石的膠凝體系，使混凝土內(nèi)部失去粘結(jié)力導(dǎo)致強(qiáng)度降低，因此在腐蝕前期（30～60 d）強(qiáng)度有所下降，但降幅較??；隨著齡期的增長，鈣礬石在結(jié)構(gòu)組成上結(jié)合了大量的結(jié)晶水，其體積約為原水化鋁酸鈣的2.5倍，從而使得原混凝土中的固相體積顯著增大，內(nèi)部相互擠壓產(chǎn)生極大的破壞內(nèi)應(yīng)力，再加上NH4+的溶蝕作用使得內(nèi)部微裂縫及溶蝕的孔道增多，外部的溶液中的SO42-和NH4+隨裂縫進(jìn)入混凝土內(nèi)部的量越大，此侵蝕過程不斷，混凝土內(nèi)部水泥石的不斷瓦解，因此受腐蝕混凝土抗壓強(qiáng)度隨齡期增長不斷降低.

在同一濃度（5%）條件下混凝土的抗壓強(qiáng)度受水灰比影響顯著，原因在于低水灰比（0.4）的混凝土水化后降低了其微孔隙率，從而降低了外部SO42-和NH4+滲透到混凝土內(nèi)部的速率性，也降低了SO42-和NH4+的擴(kuò)散范圍；同時(shí)，低水灰比條件下所需的水泥用量相應(yīng)較小，這降低了內(nèi)部SO42-和NH4+與水泥石發(fā)生反應(yīng)的機(jī)率.反之，高水灰比混凝土內(nèi)部孔隙越多，孔徑較大，外部的溶液中的SO42-和NH4+滲入混凝土內(nèi)部更多，遭受SO42-和NH4+溶蝕作用程度更深，但是內(nèi)部孔隙被反應(yīng)物填充密實(shí)需要一定的齡期，高水灰比（0.6）的混凝土強(qiáng)度損失值在30-90天齡期內(nèi)強(qiáng)度降幅較小是此原因造成的.

在同一水灰比（0.5）條件下混凝土受腐蝕高濃度影響顯著.原因在于高濃度條件下，試件單位表面上所分布的SO42-和NH4+數(shù)量越多，在相同的腐蝕齡期內(nèi)，進(jìn)入混凝土內(nèi)部的SO42-和NH4+數(shù)量越多，混凝土受硫酸銨侵蝕，生成二水石膏和鈣礬石產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力膨脹劣化的的同時(shí)，由于SO42-和NH4+消耗了大量的Ca2+和（OH）-，使得硬化的水化產(chǎn)物中C-S-H（凝膠）被分解消耗后失去膠結(jié)力，使得混凝土受腐蝕層軟化，表層失去粘結(jié)力，進(jìn)而脫落，內(nèi)部未受腐蝕區(qū)域失去外腐蝕層的隔斷保護(hù)，成為新的腐蝕面，此侵蝕不斷，因此混凝土遭受高濃度硫酸銨侵蝕的劣化程度大.

3　結(jié)論

通過腐蝕齡期、水灰比及溶液濃度不同因素影響下混凝土受硫酸銨腐蝕的試驗(yàn)研究，可以得出以下結(jié)論：

1）硫酸銨腐蝕溶液下，混凝土的外觀特征變化0～90 d內(nèi)劣化明顯，外皮破碎嚴(yán)重，邊角區(qū)域的裂縫經(jīng)歷出現(xiàn)-擴(kuò)展-貫通的過程，15%腐蝕濃度下，受腐蝕混凝土試塊內(nèi)部裂縫發(fā)展變寬，膨脹彎曲變形.

2）受腐蝕混凝土試件的應(yīng)力應(yīng)變曲線規(guī)律彼此相似，都經(jīng)歷線彈性階段、彈塑性階段、破壞階段.應(yīng)力應(yīng)變曲線的變化受齡期、水灰比及溶液濃度影響顯著，齡期越長、水灰比和溶液濃度越高，曲線越向應(yīng)力低、應(yīng)變高的區(qū)域發(fā)展.

3）受硫酸銨腐蝕的混凝土抗壓強(qiáng)度受齡期、濃度共同作用下，0～90 d、低腐蝕濃度條件下的抗壓強(qiáng)度降幅較低，強(qiáng)度損失不大，抗蝕系數(shù)在0.8之上；0～90 d、15%腐蝕濃度的抗壓強(qiáng)度損失最大為36.5MPa，損失率達(dá)76%，抗蝕系數(shù)僅為0.2，降幅達(dá)0.74，原因是高摩爾質(zhì)量的SO42-和NH4+的滲入，生成高膨脹作用的二水石膏和鈣礬石，加速混凝土強(qiáng)度劣化.

4）混凝土在不同水灰比影響下受硫酸銨腐蝕劣化顯著，水灰比為0.4、0.6的受腐蝕混凝土強(qiáng)度損失在0～90 d齡期內(nèi)變化不大，當(dāng)水灰比為0.5時(shí)，受腐蝕混凝土抗壓強(qiáng)度下降較大，混凝土內(nèi)部密實(shí)度及內(nèi)部孔徑大小是影響的主要因素.

5）硫酸銨溶液下，混凝土即受SO42-與水化石中Ca2+、與（OH）-反應(yīng)的生成物的膨脹劣化，又受NH4+與混凝土內(nèi)部 （OH）-的溶蝕作用和生成物（NH3↑）的膨脹作用，兩者共同作用使得混凝土的劣化程度更為嚴(yán)重.

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Experimental study on mechanical properties of concrete corroded by ammonium sulfate

PENG Jian1，ZHANG Gensheng2，DENG Tongfa1，3，ZIYanke1，ZHOU Senfeng1

（1.School of Architectural and Surveying&Mapping Engineering，Jiangxi University of Science and Technology，Ganzhou 341000，China；2.Ganzhou City Traffic Engineering Quality Supervision Station，Ganzhou 341000，China；3.School of Civil Engineering，Guangzhou University，Guangzhou 510006，China）

Considering the environmental problem ofmining residue of ammonium sulfate in south Jiangxi and the land development in later period，the study analyzes the performance of concrete by ammonium sulfate corrosion under the influences of water cement ratio，concentrations of corrosion and corrosion age.The results show that the stress and strain variation law of corroded concrete are similar，greatly influenced by age，water cement ratio and concentration of solution；the corroded concrete deteriorated significantly under the conditions of long age，high water cement ratio and high concentration；age，water cement ratio and solution concentration have greater influence on compressive strength of corroded concrete；the longer the time，the greater the water cement ratio，and the greater the concrete sulfate corrosion；concrete strength changes slightly under low concentration and short age；beyond a certain concentration，the higher the concentration，the greater the deterioration of corroded concrete.

concrete；ammonium sulfate；water cement ratio；concentration；age；stress-strain curve

TU528.01

A

2095-3046（2015）05-0034-07

10.13265/j.cnki.jxlgdxxb.2015.05.007

2015-04-14

江西省交通廳科技項(xiàng)目（2014C007）；江西省自然科學(xué)基金（2015BAB206054）

彭劍（（1989-），男，碩士研究生，主要從事混凝土耐久性等方面的研究，E-mail：995354559@qq.com.

鄧通發(fā)（1980-），男，博士，副教授，主要從事巖土與地下工程等方面的研究，E-mail：dbdtf@163.com.