海水環(huán)境下水泥膠砂抗氯離子滲透性能的試驗(yàn)研究

陳成 崔建生 龔燕華

（南通市建筑科學(xué)研究院有限公司，江蘇 南通 226000）

0 引言

海水對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的侵蝕作用主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面：一是水泥石在海水中受到腐蝕，發(fā)生溶出性腐蝕、離子交換型腐蝕、膨脹性腐蝕[1]等；二是混凝土中鋼筋受到海水中氯離子影響，一旦鋼筋表面的氯離子濃度達(dá)到臨界濃度[2]，鋼筋表面鈍化膜便會(huì)受到破壞，從而發(fā)生鋼筋銹蝕[3]。

本文中的試驗(yàn)采用不同濃度的海水對(duì)水泥膠砂試件進(jìn)行浸泡，并在分別在不同齡期對(duì)試件進(jìn)行電通量試驗(yàn)及掃描電鏡微觀分析，研究了不同濃度海水對(duì)水泥膠砂試件的抗氯離子滲透性能和微觀結(jié)構(gòu)的影響，以期為海洋工程耐久性研究提供參考。

1 試驗(yàn)概況

本文中試驗(yàn)所用水泥為中國(guó)聯(lián)合水泥集團(tuán)生產(chǎn)的42.5強(qiáng)度等級(jí)P.I型硅酸鹽水泥，產(chǎn)地為山東；砂為符合GB/T 17671-1999規(guī)定的中國(guó)ISO標(biāo)準(zhǔn)砂，產(chǎn)地為廈門(mén)。膠砂試件配合比為水泥：砂：水= （450±2）：（1350±5）：（225±1），本文中試驗(yàn)所用海水均為人工海水，組成及配比如表1[4]所示，水泥膠砂試件按GB/T 17671-1999《水泥膠砂強(qiáng)度檢驗(yàn)方法》[5]成型。共制作同配比水泥膠砂試件十二組，分別浸泡于淡水、一倍海水、三倍海水、五倍海水，試驗(yàn)齡期分別為30d、60d、90d。其中電通量試驗(yàn)所用水泥膠砂試件成型后30d于淡水中養(yǎng)護(hù)，第31d移入海水中浸泡，于試驗(yàn)日期前一日取出置于淡水中真空飽水；SEM分析所用水泥膠砂試件齡期均為120d，其中成型后30d于淡水中養(yǎng)護(hù)，然后在海水中浸泡90d。

試驗(yàn)所用儀器設(shè)備：

①水泥膠砂攪拌機(jī)（JJ-5型）

②水泥膠砂振實(shí)臺(tái)（ZS-15型）

③電熱恒溫干燥箱（101-A型）

④電子天平（HY-301型）

⑤掃描電子顯微鏡（S-3400N型）

⑥氯離子電通量測(cè)定儀（NJ-DTL型）

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 水泥膠砂試件電通量試驗(yàn)結(jié)果及分析

表1 水泥膠砂試件電通量實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)

圖1 坐標(biāo)圖：電通量-齡期

由圖1及表1可得出以下結(jié)論：

1）淡水中浸泡試樣電通量隨浸泡時(shí)間的增加而輕微下降，這是由于此時(shí)的膠砂試件仍處于水化進(jìn)程中，水化產(chǎn)物C-S-H凝膠進(jìn)一步填充硬化砂漿內(nèi)部孔隙，使樣品微觀結(jié)構(gòu)更為致密，降低了氯離子滲透速率。

2）由于侵蝕過(guò)程為靜水浸泡，海水對(duì)膠砂試件的侵蝕速度有限，且侵蝕從試件表面開(kāi)始，逐漸深入內(nèi)部，30d的浸泡使得試件中靠近表面的一部分受到海水的侵蝕，故在不同濃度海水中浸泡的、齡期為30d的試件之間電通量值差異不大。

3）經(jīng)一倍、三倍以及五倍海水浸泡的試樣電通量隨浸泡時(shí)間的增加而增加，這是由于海水的浸泡使得試樣表面受到侵蝕，影響了試件的密實(shí)度，并形成更多的微裂縫和微孔洞，侵蝕液即利用微裂縫和微孔洞向試件內(nèi)部擴(kuò)散，使試件被進(jìn)一步侵蝕。

4）經(jīng)不同濃度侵蝕液浸泡的試樣，其浸泡時(shí)間與電通量的關(guān)系曲線在形態(tài)和發(fā)展方向上高度相似，均表現(xiàn)為隨著侵蝕時(shí)間的增加，試件的電通量值增長(zhǎng)速率越來(lái)越快。說(shuō)明受到長(zhǎng)時(shí)間侵蝕的水泥膠砂試件，侵蝕液已經(jīng)由表面滲透進(jìn)入其內(nèi)部，在不同的深度范圍內(nèi)破壞水泥膠砂試件的密實(shí)度，侵蝕嚴(yán)重時(shí)，試件發(fā)生沙化、剝離、崩塌。

5）隨著浸泡時(shí)間的延長(zhǎng)，同種侵蝕液浸泡的不同齡期試件之間的電通量值之連線呈明顯的發(fā)散狀。這表明即使兩種膠砂試件浸泡的侵蝕液濃度僅有較小的差別，在受到侵蝕的初期抗氯離子滲透性能差距較小，但隨著時(shí)間的推移，其抗氯離子滲透性能差異會(huì)越來(lái)越大。

2.2 掃描電鏡結(jié)果及分析

通過(guò)掃描電鏡獲得的圖像顯示了表面裂紋、孔洞、與骨料的結(jié)合情況：

1）淡水中浸泡90d的樣品表面形貌較為均勻、致密，水化程度較高，C-S-H凝膠相互連接，并緊密堆積，僅觀察到少量微小裂紋，無(wú)明顯孔洞。凝膠與骨料結(jié)合緊密。

2）一倍海水中浸泡90d的樣品表面形貌較為致密，C-S-H凝膠連接緊密，但可見(jiàn)表面崎嶇不平，并有明顯裂縫，說(shuō)明樣品已受到海水侵蝕作用的影響。凝膠與骨料之間裂縫較輕微，結(jié)合較為緊密。

3）在三倍人工海水中浸泡90d的樣品表面一致性和密實(shí)度受到較大影響，可見(jiàn)C-S-H凝膠之間的結(jié)合受到一定程度的破壞，可見(jiàn)較多數(shù)量的孔洞，并漏出內(nèi)部鈣礬石等晶體結(jié)構(gòu)，該樣品表面出現(xiàn)大量裂紋，并相互連通。凝膠與骨料之間存在明顯裂縫，有輕微剝離的現(xiàn)象。

4）在五倍人工海水中浸泡90d的樣品表面出現(xiàn)嚴(yán)重侵蝕跡象，C-S-H凝膠之間的結(jié)合受到嚴(yán)重破壞，大量孔洞與裂縫相互貫通，表面形貌支離破碎?？捎^察到凝膠與骨料之間縫隙較大、剝離現(xiàn)象較為嚴(yán)重，并存在骨料脫落現(xiàn)象。

3 結(jié)論

1）海水侵蝕降低了膠砂試件的抗氯離子滲透性能，并且隨著海水濃度以及浸泡時(shí)間的增加，試件抗氯離子滲透性能加速下降。

2）即使兩種膠砂試件浸泡的侵蝕液濃度僅有較小的差別，但隨著時(shí)間的推移，其抗氯離子滲透性能的差異會(huì)越來(lái)越大。

3）根據(jù)SEM微觀分析結(jié)果，海水的侵蝕作用導(dǎo)致試件內(nèi)部出現(xiàn)了微裂縫和微孔隙，并削弱了骨料與C-S-H凝膠的結(jié)合作用，使得氯離子及其他有害物質(zhì)更容易滲透進(jìn)入試件內(nèi)部，并且隨著海水濃度的增加，這種現(xiàn)象更為顯著。