混凝土在不同材料組成和侵蝕性溶液條件下的抗硫酸鹽侵蝕性能

嚴(yán)福章，于明國(guó)，李鵬，王彥兵，朱洪英

（1. 國(guó)網(wǎng)北京經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院，北京 100029；2. 國(guó)家電網(wǎng)公司，北京 100031）

混凝土在不同材料組成和侵蝕性溶液條件下的抗硫酸鹽侵蝕性能

嚴(yán)福章1，于明國(guó)1，李鵬2，王彥兵1，朱洪英1

（1. 國(guó)網(wǎng)北京經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院，北京 100029；2. 國(guó)家電網(wǎng)公司，北京 100031）

本文研究了水膠比、礦物摻合料和侵蝕性溶液組成等因素對(duì)混凝土抗硫酸鹽侵蝕性能的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明：降低水膠比可以增強(qiáng)混凝土抗 Na2SO4溶液侵蝕的能力，而且水膠比越低，混凝土耐久性對(duì)侵蝕性條件變化的敏感性越?。粨饺敕勖夯铱梢栽诤笃诟纳苹炷量沽蛩猁}侵蝕的性能，而且當(dāng)摻量不超過(guò) 50% 時(shí)，提高粉煤灰的摻量對(duì)改善混凝土的抗硫酸鹽侵蝕性能是有利的；在 15% Na2SO4溶液侵蝕條件下，摻入 20% 的礦渣可以改善混凝土的抗硫酸鹽侵蝕性能，但摻量過(guò)大時(shí)在后期對(duì)混凝土抵抗硫酸鹽侵蝕不利。鎂離子的存在會(huì)加劇硫酸根對(duì)混凝土的侵蝕，而在 Na2SO4溶液中加入氯鹽并不會(huì)加劇侵蝕性溶液對(duì)混凝土的劣化作用。

混凝土；硫酸鹽侵蝕；水膠比；礦物摻合料

0 引言

混凝土是當(dāng)今世界上應(yīng)用最廣泛的建筑材料，良好的耐久性是確保混凝土使用壽命和工程安全性的關(guān)鍵因素，對(duì)于建筑可持續(xù)發(fā)展也有非常重要的意義，因此越來(lái)越被人們所重視。硫酸鹽侵蝕是引起混凝土耐久性破壞的一個(gè)重要因素，我國(guó)西北部有上千個(gè)內(nèi)陸鹽湖，東部沿海有大量鹽漬土，西南部還有大片酸雨區(qū)，這些地區(qū)的混凝土都遭受著硫酸鹽侵蝕作用[1]。

混凝土的硫酸鹽侵蝕是一個(gè)比較復(fù)雜的過(guò)程，既包括侵蝕溶液中的硫酸鹽結(jié)晶所造成的物理破壞，又包括硫酸鹽溶液與漿體孔溶液發(fā)生反應(yīng)生成膨脹性破壞物及導(dǎo)致漿體水化產(chǎn)物分解的化學(xué)破壞[2,3]，在實(shí)際工程中兩者往往同時(shí)發(fā)生。按照硫酸鹽侵蝕的產(chǎn)物，通?？梢詫⒒炷疗茐姆譃槭嘟Y(jié)晶型破壞、鈣礬石結(jié)晶型破壞和鎂鹽破壞三種類(lèi)型[4-6]，此外還有與鈣礬石反應(yīng)類(lèi)似的碳硫硅鈣型硫酸鹽侵蝕（TSA）破壞[7,8]。硫酸鹽侵蝕不僅會(huì)導(dǎo)致混凝土發(fā)生膨脹開(kāi)裂，更重要的是會(huì)造成混凝土粘結(jié)力損失和強(qiáng)度降低[9]，進(jìn)而影響結(jié)構(gòu)的安全性。

影響混凝土硫酸鹽侵蝕的因素有很多，可以分為內(nèi)部因素和外在因素。內(nèi)部因素就是混凝土材料自身的性質(zhì)，主要包括原材料（尤其是水泥）的種類(lèi)和組成、礦物摻合料的使用、水灰比以及混凝土的孔隙率和密實(shí)度等[10,11]。其中，混凝土的水膠比對(duì)漿體結(jié)構(gòu)的孔隙和致密程度有很大的影響，是關(guān)系到混凝土抗硫酸鹽侵蝕性能的一個(gè)重要因素。在混凝土中加入礦物摻合料是現(xiàn)代混凝土的一個(gè)重要特征，礦物摻合料的使用不僅可以降低混凝土的材料成本，還能改善混凝土的很多性能，對(duì)于混凝土抗硫酸鹽侵蝕性能也有很大的影響[12-14]。目前在我國(guó)最常用的礦物摻合料是粉煤灰和礦渣，也是相關(guān)研究重點(diǎn)關(guān)注的對(duì)象。硫酸鹽侵蝕的外在因素是指環(huán)境條件，主要包括侵蝕溶液的種類(lèi)、濃度、pH 值以及干濕交替和凍融循環(huán)等[15,16]。在鹽漬土中，侵蝕性物質(zhì)除了Na2SO4，還可能存在 MgSO4、NaCl 等，因此探究不同侵蝕溶液組成對(duì)混凝土抗硫酸鹽侵蝕性能的影響差異非常有必要。

本文設(shè)計(jì)了多組不同水膠比、不同礦物摻合料的混凝土配合比，主要研究了不同材料組成的混凝土在不同硫酸鹽侵蝕溶液條件下的強(qiáng)度變化，從而確定混凝土在硫酸鹽侵蝕條件下的劣化規(guī)律，并分析其原因和機(jī)理。

1 原材料與試驗(yàn)方法

1.1 原材料

試驗(yàn)采用的水泥是 P·O42.5 普通硅酸鹽水泥，采用的粉煤灰是Ⅱ級(jí)粉煤灰，采用的礦渣是 S95 級(jí)礦渣粉。試驗(yàn)選用的粗骨料為粒徑 5～20mm 的石灰石碎石，細(xì)骨料為粒徑小于5mm 的天然河砂。

1.2 混凝土配合比

試驗(yàn)中設(shè)計(jì)了兩個(gè)系列的混凝土配合比，各組混凝土的配合比如表 1 所示。

表1　各組混凝土的配合比 kg/m3

其中 A1、A2、A3、A4 為純水泥混凝土，水膠比分別為 0.56、0.50、0.44、0.38，四組混凝土的砂率均為 43%，主要用來(lái)研究水膠比對(duì)混凝土抗硫酸鹽侵蝕性能的影響。B1～B6 為加入礦物摻合料的混凝土，六組混凝土的水膠比均為 0.44，砂率均為 43%。B1、B2、B3 為摻粉煤灰混凝土，粉煤灰的摻量分別為 20%、35%、50%；B4、B5、B6 為摻礦渣混凝土，礦渣的摻量分別為 20%、35%、50%；試驗(yàn)中以A3 作為對(duì)照組，主要來(lái)探究?jī)煞N礦物摻合料對(duì)混凝土抗硫酸鹽侵蝕性能的影響。

1.3 試驗(yàn)方法

對(duì)于每一個(gè)試驗(yàn)組，成型 100 mm×100 mm×100 mm 的立方體混凝土試塊，每組試塊所用拌合物一次澆筑完成，混凝土拆模后移至溫度 (20±1)℃、相對(duì)濕度 95% 以上的養(yǎng)護(hù)室內(nèi)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)。在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù) 28d 后，將每組混凝土試塊等分成兩部分，一部分試塊在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下繼續(xù)養(yǎng)護(hù)，另一部分則浸泡在含有硫酸根的溶液中進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，到試驗(yàn)齡期時(shí)將兩部分試塊取出，按照 GB/T 50081—2011《普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》測(cè)試混凝土的抗壓強(qiáng)度。

把混凝土在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下的抗壓強(qiáng)度作為基準(zhǔn)，計(jì)算硫酸鹽侵蝕使混凝土抗壓強(qiáng)度降低的百分比，稱(chēng)之為混凝土強(qiáng)度損失率?；炷猎诤辛蛩岣娜芤褐械慕蔟g期包括6、9、12、15 和 18 個(gè)月。在研究水膠比對(duì)混凝土抗硫酸鹽侵蝕性能的影響時(shí)，采用的浸泡溶液是 Na2SO4溶液，并設(shè)置了 2%、5%、10% 和 15% 四種不同的溶液濃度。在研究礦物摻合料對(duì)混凝土抗硫酸鹽侵蝕性能的影響時(shí)，采用的浸泡溶液則是 15% 的 Na2SO4溶液。為了探究侵蝕性溶液的組成對(duì)混凝土抗硫酸鹽侵蝕性能的影響，試驗(yàn)設(shè)計(jì)了幾種典型的侵蝕性鹽溶液，對(duì)于 A3 和 A4 兩組混凝土，選取了以下 4 種鹽溶液：10% Na2SO4溶液；10% MgSO4溶液；5% Na2SO4+5% MgSO4溶液；10% Na2SO4＋15% NaCl 溶液。對(duì)于 B2 組混凝土，選取了以下 4 種鹽溶液：15% Na2SO4溶液；10% MgSO4溶液；10% Na2SO4+5% MgSO4溶液；15% Na2SO4＋10% NaCl溶液。

2 結(jié)果與討論

2.1 水膠比對(duì)混凝土抗硫酸鹽侵蝕性能的影響

表 2 和圖1～圖4 分別顯示了 A1、A2、A3、A4 四組混凝土在不同濃度 Na2SO4溶液侵蝕條件下的強(qiáng)度損失率隨齡期的變化規(guī)律。

從圖中可以看出，無(wú)論對(duì)哪種混凝土，在 Na2SO4溶液中浸泡 6 個(gè)月時(shí)，強(qiáng)度損失率都比較低，說(shuō)明在這個(gè)階段硫酸鹽侵蝕對(duì)混凝土造成的劣化程度很低。此外，從圖中還可以發(fā)現(xiàn)，無(wú)論對(duì)那種混凝土，強(qiáng)度損失率都隨著 Na2SO4溶液濃度的增大而呈現(xiàn)增大的趨勢(shì)，這說(shuō)明硫酸鹽侵蝕性條件越強(qiáng)，混凝土的耐久性降低越明顯。值得注意的是，當(dāng) Na2SO4溶液濃度較低時(shí)，強(qiáng)度損失率可能為負(fù)值，這表明混凝土的強(qiáng)度不僅沒(méi)有降低，反而還有所提高。一方面，這是由于混凝土受到的侵蝕程度很低，幾乎可以忽略；另一方面，在溶液中浸泡可以使混凝土獲得很好的養(yǎng)護(hù)，促進(jìn)混凝土中未水化水泥顆粒的進(jìn)一步水化，從而對(duì)強(qiáng)度的增長(zhǎng)有一定的貢獻(xiàn)。由此也可以知道，混凝土處于硫酸鹽溶液中時(shí)，由于水泥的進(jìn)一步水化導(dǎo)致強(qiáng)度繼續(xù)增長(zhǎng)和由于硫酸鹽侵蝕導(dǎo)致強(qiáng)度降低的現(xiàn)象是同時(shí)存在的。

表2　混凝土在不同濃度 Na2SO4溶液中強(qiáng)度損失 %

圖1　混凝土 A1 在不同濃度 Na2SO4溶液侵蝕條件下的強(qiáng)度損失率

圖2　混凝土 A2 在不同濃度 Na2SO4溶液侵蝕條件下的強(qiáng)度損失率

對(duì)比圖1～圖4 可以發(fā)現(xiàn)，不同水膠比的混凝土對(duì)侵蝕條件變化的敏感性是不一樣的。當(dāng)水膠比較高時(shí)，混凝土在不同侵蝕性條件下的強(qiáng)度損失率之間的差異較大；而當(dāng)水膠比較低時(shí)，混凝土在不同侵蝕性條件下的強(qiáng)度損失率之間的差異相對(duì)較小。由此可知，水膠比越低，混凝土的耐久性對(duì)侵蝕性條件變化的敏感性越小。這主要是因?yàn)?，在低水膠比條件下，水泥顆粒之間的間距較小，成型后混凝土中的孔隙減小，總孔隙率比較低，因而混凝土過(guò)渡區(qū)的微結(jié)構(gòu)更加密實(shí)，硫酸根離子不容易滲透進(jìn)入[17]，所以即使是在強(qiáng)硫酸鹽侵蝕的條件下，混凝土仍然具有比較好的耐久性，強(qiáng)度損失率不會(huì)太高。

圖3　混凝土 A3 在不同濃度 Na2SO4溶液侵蝕條件下的強(qiáng)度損失率

圖4　混凝土 A4 在不同濃度 Na2SO4溶液侵蝕條件下的強(qiáng)度損失率

為了更直觀地研究水膠比對(duì)混凝土抗硫酸鹽侵蝕性能的影響，分別做出 Na2SO4溶液濃度為 2%、5%、10%、15%時(shí)，A1～A4 四組混凝土強(qiáng)度損失率的對(duì)比，結(jié)果如表 3 和圖5～圖8 所示。從圖5 可以看出，當(dāng) Na2SO4溶液的濃度為 2%時(shí)，各組混凝土的抗硫酸鹽侵蝕性能總體上差異不大，到浸泡齡期達(dá)到 18 個(gè)月時(shí)，水膠比最低的混凝土的強(qiáng)度損失率最小，但各組之間的差異也不大，這說(shuō)明 Na2SO4溶液的濃度為2% 時(shí)，混凝土的劣化速率比較慢。

觀察圖6～圖8 可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng) Na2SO4溶液的濃度為5%、10% 和 15% 時(shí)，混凝土的強(qiáng)度損失率大體上隨著水膠比的降低呈現(xiàn)逐漸減小的趨勢(shì)，這說(shuō)明降低水膠比可以增強(qiáng)混凝土抗 Na2SO4溶液侵蝕的能力。同時(shí)可以看到，Na2SO4溶液的濃度越大，不同混凝土抗硫酸鹽侵蝕性能的差異越明顯；當(dāng) Na2SO4溶液的濃度達(dá)到 15% 時(shí)，水膠比為 0.56 的混凝土的 18 個(gè)月強(qiáng)度損失率為 26.4%，而水膠比為 0.38 的混凝土的18 個(gè)月強(qiáng)度損失率只有 9.6%，這充分說(shuō)明了水膠比對(duì)混凝土的抗硫酸鹽侵蝕性能有非常重要的影響，尤其是在強(qiáng)硫酸鹽侵蝕的條件下。

圖5　Na2SO4溶液濃度為 2% 時(shí)，不同水膠比混凝土的強(qiáng)度損失率

圖6　Na2SO4溶液濃度為 5% 時(shí)，不同水膠比混凝土的強(qiáng)度損失率

表3　不同水膠比混凝土在不同 Na2SO4濃度溶液中的強(qiáng)度損失率 %

圖7　Na2SO4溶液濃度為 10% 時(shí)，不同水膠比混凝土的強(qiáng)度損失率

圖8　Na2SO4溶液濃度為 15% 時(shí)，不同水膠比混凝土的強(qiáng)度損失率

從上述分析可以看出，硫酸鹽溶液的濃度對(duì)試驗(yàn)結(jié)果和規(guī)律有一定的影響?？傮w而言，試驗(yàn)采用的硫酸鹽溶液的濃度越高，越能夠使不同混凝土之間的差異顯現(xiàn)出來(lái)，采用的Na2SO4溶液濃度不宜低于 5%。

2.2 礦物摻合料對(duì)混凝土抗硫酸鹽侵蝕性能的影響

表 4 是礦物摻合料對(duì)混凝土抗硫酸鹽侵蝕性能的試驗(yàn)結(jié)果。其中 A3 表示純水泥混凝土，B1、B2、B3 表示摻粉煤灰20%、35% 和 50% 的混凝土；B4、B5、B6 表示摻礦渣20%、35% 和 50% 的混凝土。

表4　不同礦物摻合料混凝土侵蝕后的強(qiáng)度損失率 %

圖9 顯示了摻入粉煤灰對(duì)混凝土抗硫酸鹽侵蝕性能的影響規(guī)律。從圖中可以看出，在 Na2SO4溶液中浸泡的齡期小于 12 個(gè)月時(shí)，粉煤灰對(duì)混凝土抗硫酸鹽侵蝕能力的影響并不明顯；但是當(dāng)浸泡齡期超過(guò) 12 個(gè)月后，摻粉煤灰混凝土的強(qiáng)度損失率明顯要低于純水泥混凝土組，尤其是當(dāng)混凝土在Na2SO4溶液中浸泡的齡期達(dá)到 18 個(gè)月時(shí)，粉煤灰對(duì)于混凝土抗硫酸鹽侵蝕性能的改善作用更加顯著，而且粉煤灰的摻量越大，混凝土的強(qiáng)度損失率越小。由此可見(jiàn)，至少當(dāng)摻量在不超過(guò) 50% 的范圍內(nèi)時(shí)，提高粉煤灰的摻量對(duì)于改善混凝土的抗硫酸鹽侵蝕性能是有利的。

粉煤灰是典型的火山灰材料，可以發(fā)生二次水化反應(yīng)，消耗水泥水化生成的 Ca(OH)2，減少石膏和鈣礬石的生成[18]，同時(shí)，由于部分水泥被粉煤灰代替，C3S、C2S 和 C3A 的含量被稀釋?zhuān)蚨a(chǎn)物 Ca(OH)2和水化鋁酸鈣的濃度降低，也會(huì)減少石膏和鈣礬石等侵蝕產(chǎn)物的生成[19]，從組成上改善了混凝土的硫酸鹽侵蝕。另一方面，粉煤灰的形態(tài)效應(yīng)[20]和微集料效應(yīng)[21]能夠在一定程度上填充孔隙、提高混凝土的密實(shí)度，粉煤灰的火山灰反應(yīng)不僅消耗 Ca(OH)2，還可以生成C-S-H 凝膠，改善界面過(guò)渡區(qū)，從而提高混凝土的抗?jié)B性，在結(jié)構(gòu)上增強(qiáng)了混凝土的抗硫酸鹽侵蝕能力。不過(guò)粉煤灰的反應(yīng)比較緩慢，尤其是早期的活性比低，所以在早期粉煤灰改善混凝土抗硫酸鹽侵蝕性能的效果并不明顯，但是到了后期，粉煤灰的持續(xù)反應(yīng)使混凝土的微結(jié)構(gòu)更加密實(shí)，因而抗硫酸鹽侵蝕的能力可以得到顯著的提高。

圖9　不同粉煤灰摻量的混凝土在15% Na2SO4溶液侵蝕條件下的強(qiáng)度損失率

圖10顯示了摻入礦渣對(duì)混凝土抗硫酸鹽侵蝕性能的影響規(guī)律。從圖中可以看出，礦渣對(duì)混凝土抗硫酸鹽侵蝕性能的影響規(guī)律與粉煤灰不同。當(dāng)?shù)V渣摻量為 20% 時(shí)，混凝土在各個(gè)浸泡齡期的強(qiáng)度損失率都比純水泥混凝土組要小，也就是說(shuō)摻入礦渣可以增強(qiáng)混凝土抗硫酸鹽侵蝕的能力。當(dāng)?shù)V渣摻量為 35% 時(shí)，混凝土的強(qiáng)度損失率與純水泥混凝土組比較接近，此時(shí)礦渣對(duì)混凝土抗硫酸鹽侵蝕性能的改善并不是特別明顯。當(dāng)?shù)V渣摻量增大到 50% 時(shí)，在浸泡齡期較短時(shí)混凝土的強(qiáng)度損失率明顯小于純水泥混凝土組，但是在浸泡 15 個(gè)月以上時(shí)，混凝土的強(qiáng)度損失率都比純水泥混凝土組要大，說(shuō)明此時(shí)礦渣反而會(huì)劣化混凝土的抗硫酸鹽侵蝕性能。

由此可見(jiàn)，少量的礦渣能夠改善混凝土的抗硫酸鹽侵蝕性能，與粉煤灰類(lèi)似，礦渣的“稀釋”效應(yīng)、火山灰效應(yīng)和微集料效應(yīng)也有利于改善混凝土抗硫酸鹽侵蝕性能。但是礦渣中活性 Al3+含量較高，會(huì)與硫酸根離子反應(yīng)生成大量的鈣礬石，因此摻量過(guò)大時(shí)對(duì)混凝土抗硫酸鹽侵蝕不利[22]。在混凝土中摻加礦渣，需要平衡其對(duì)混凝土抗硫酸鹽侵蝕性能的正、反兩方面的作用。從浸泡試驗(yàn)的研究結(jié)果來(lái)看，礦渣的摻量不宜超過(guò) 20%。

圖10　不同礦渣摻量的混凝土在15% Na2SO4溶液侵蝕條件下的強(qiáng)度損失率

2.3 侵蝕性溶液的組成對(duì)混凝土抗硫酸鹽侵蝕性能的影響

表 5、表 6 和圖11、圖12 分別是 A3 和 A4 兩組混凝土在不同侵蝕性溶液條件下的試驗(yàn)結(jié)果。

從圖中可以看出，無(wú)論對(duì)哪種混凝土，在浸泡 15 個(gè)月及以上齡期時(shí)，10% MgSO4溶液侵蝕條件下的強(qiáng)度損失率都是最高的，其次是 5% Na2SO4+5% MgSO4溶液侵蝕條件下的，10% Na2SO4溶液和 10% Na2SO4＋15% NaCl 溶液侵蝕條件下的兩組強(qiáng)度損失率都要小于前兩組。由此可知，MgSO4溶液對(duì)混凝土耐久性造成的劣化比 Na2SO4更嚴(yán)重，這說(shuō)明鎂離子的存在會(huì)加劇硫酸根離子對(duì)混凝土的侵蝕；而在 Na2SO4溶液中加入氯鹽不會(huì)加劇侵蝕性溶液對(duì)混凝土的劣化作用。

表5　A3 在不同侵蝕溶液條件下的試驗(yàn)結(jié)果 %

表6　A4 在不同侵蝕溶液條件下的試驗(yàn)結(jié)果 %

有研究指出[23]，鎂離子和硫酸根離子會(huì)產(chǎn)生比較嚴(yán)重的復(fù)合侵蝕。當(dāng)鎂離子侵入混凝土內(nèi)部后，會(huì)與漿體孔溶液中的 Ca(OH)2反應(yīng)生成 Mg(OH)2和石膏。一方面，由于Mg(OH)2的溶解度極低，生成晶體析出，其飽和溶液的 pH 無(wú)法使 C-S-H 凝膠保持穩(wěn)定，會(huì)導(dǎo)致水化產(chǎn)物不斷分解。另一方面，反應(yīng)生成的石膏還可能會(huì)引起石膏結(jié)晶型破壞和鈣礬石結(jié)晶型破壞，使得混凝土表面松散，造成 MgSO4溶液的進(jìn)一步侵蝕。此外，MgSO4還能與 C-S-H 反應(yīng)生成石膏和沒(méi)有膠凝性的 M-S-H，使得漿體的粘結(jié)力和強(qiáng)度不斷降低，混凝土的微結(jié)構(gòu)也因此受到破壞。再分析氯鹽的影響，由于氯離子的滲透速度大于硫酸根離子，滲入到混凝土內(nèi)部的氯離子將先與 Ca(OH)2發(fā)生反應(yīng)，當(dāng)濃度很高時(shí)，還會(huì)與水化鋁酸鈣反應(yīng)生成單氯鋁酸鈣和三氯鋁酸鈣，從而減少了生成鈣礬石的可能，可以在一定程度上減緩混凝土的硫酸鹽侵蝕[24]。也就是說(shuō)，雖然氯離子對(duì)鋼筋有比較大的危害作用，但是對(duì)混凝土抗硫酸鹽侵蝕并不會(huì)產(chǎn)生危害。

圖11　混凝土 A3 在不同侵蝕性溶液中的強(qiáng)度損失率

圖12　混凝土 A4 在不同侵蝕性溶液中的強(qiáng)度損失率

此外，對(duì)比圖11 和圖12 還可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)混凝土的水膠比較高時(shí)，不同侵蝕性溶液對(duì)混凝土造成劣化的程度差異較大；當(dāng)水膠比較低時(shí)，不同侵蝕性溶液對(duì)混凝土造成劣化的程度差異相對(duì)較小。由此可知，水膠比越低，混凝土的耐久性對(duì)侵蝕性條件變化的敏感性越小。

圖13 是混凝土 B2 在不同侵蝕性溶液條件下的試驗(yàn)結(jié)果，可以發(fā)現(xiàn)侵蝕性溶液的組成對(duì)粉煤灰混凝土抗硫酸鹽侵蝕性能的影響規(guī)律與對(duì)純水泥混凝土的影響規(guī)律類(lèi)似。10% Na2SO4+5% MgSO4溶液和 10% MgSO4溶液對(duì)混凝土造成的損傷都比 15% Na2SO4溶液要大，這再一次證明了 MgSO4溶液對(duì)混凝土的侵蝕性更強(qiáng)。此外，在 15% Na2SO4溶液中額外增加 10% NaCl，對(duì)于溶液的侵蝕性并沒(méi)有太大的影響，這也再次說(shuō)定了氯離子對(duì)混凝土沒(méi)有直接的損傷作用。但需要注意的是，對(duì)于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，當(dāng)硫酸鹽破壞了混凝土的表面，就會(huì)使氯離子更加容易進(jìn)入混凝土內(nèi)部，進(jìn)而加快鋼筋的銹蝕，產(chǎn)生的膨脹又會(huì)反過(guò)來(lái)加劇混凝土的劣化。因此，硫酸根離子與氯離子在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的劣化過(guò)程中的相互作用是不可忽略的。

圖13　混凝土 B2 在不同侵蝕性溶液中的強(qiáng)度損失率

3 結(jié)論

（1）混凝土處于硫酸鹽溶液中時(shí)，由于水泥的進(jìn)一步水化導(dǎo)致強(qiáng)度繼續(xù)增長(zhǎng)和由于硫酸鹽侵蝕導(dǎo)致強(qiáng)度降低的現(xiàn)象是同時(shí)存在的。在 Na2SO4溶液中浸泡時(shí)間較短（不超過(guò) 6 個(gè)月）、或者 Na2SO4溶液濃度較低（2% 左右）時(shí)，硫酸鹽侵蝕對(duì)混凝土造成的劣化程度很低。硫酸鹽侵蝕條件越強(qiáng)，混凝土抗硫酸鹽侵蝕的性能降低越明顯。要使不同混凝土之間的差異顯現(xiàn)出來(lái)，采用的 Na2SO4溶液濃度不宜低于 5%。

（2）水膠比對(duì)混凝土的抗硫酸鹽侵蝕性能有非常重要的影響，降低水膠比可以增強(qiáng)混凝土抗 Na2SO4溶液侵蝕的能力。而且水膠比越低，混凝土的耐久性對(duì)侵蝕性條件變化的敏感性越小。

（3）在早期粉煤灰改善混凝土抗硫酸鹽侵蝕性能的效果并不明顯，但是到了后期，粉煤灰混凝土抗硫酸鹽侵蝕的能力可以得到顯著地提高。并且當(dāng)摻量不超過(guò) 50% 時(shí)，提高粉煤灰的摻量對(duì)于改善混凝土的抗硫酸鹽侵蝕性能是有利的。

（4）在 15% Na2SO4溶液侵蝕條件下，摻入 20% 的礦渣可以改善混凝土的抗硫酸鹽侵蝕性能，但是摻量過(guò)大時(shí)在后期對(duì)混凝土抵抗硫酸鹽侵蝕不利。

（5）MgSO4溶液對(duì)混凝土耐久性造成的劣化比 Na2SO4更嚴(yán)重，鎂離子的存在會(huì)加劇硫酸根離子對(duì)混凝土的侵蝕。而在 Na2SO4溶液中加入氯鹽并不會(huì)加劇侵蝕性溶液對(duì)混凝土的劣化作用，但是硫酸根離子與氯離子在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的劣化過(guò)程中的相互作用是不可忽略的。

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嚴(yán)福章（1963—），男，博士，教授級(jí)高工。