不同地聚物砂漿抗硫酸鹽侵蝕性能及其機理分析

鄭 毅，王愛國，劉開偉，朱穎燦，王星堯

（1.安徽建筑大學安徽省先進建筑材料重點實驗室，安徽合肥 230022；2.南昆士蘭大學 未來材料中心，昆士蘭圖文巴 4350）

外界環(huán)境或混凝土內(nèi)部的硫酸鹽離子與水泥水化產(chǎn)物發(fā)生反應(yīng)引起混凝土膨脹、開裂、剝落等，進而導致混凝土強度降低甚至喪失［1-6］.采用新型膠凝材料替代傳統(tǒng)硅酸鹽水泥是提升混凝土抗硫酸鹽侵蝕的重要途徑.地聚物是一類由具有火山灰活性或潛在水硬性的硅鋁質(zhì)原料與堿性激發(fā)劑反應(yīng)而形成的 非 傳 統(tǒng) 膠 凝 材 料［7-8］.Adamiec等［9］和Lothenbach等［10］依據(jù)原料中CaO含量的不同，將地聚物分為無鈣、低鈣和高鈣3種體系，各體系中代表性原料分別為偏高嶺土、粉煤灰和礦渣.不同體系地聚物由于硅鋁質(zhì)原料理化特性不同，其產(chǎn)物組成與結(jié)構(gòu)上存在差異.偏高嶺土基地聚物的主要反應(yīng)產(chǎn)物是水化硅鋁酸鈉（N-A-S-H）凝膠（偶有結(jié)晶良好的類沸石、沸石晶體）［11-13］，理論上在硫酸鹽侵蝕過程中不生成石膏和鈣礬石（AFt）等侵蝕反應(yīng)產(chǎn)物［14］.而礦渣基地聚物原料中含有大量Ca2＋，主要反應(yīng)產(chǎn)物是低鈣硅比的 水 化 硅（鋁）酸 鈣（C-（A）-S-H）凝 膠［11，15-16］，在MgSO4作用下容易脫去Ca2＋，反應(yīng)生成石膏或AFt［17-18］.Beltrame等［19］發(fā)現(xiàn) 礦渣基地聚物全 浸泡在5%MgSO4溶液中侵蝕120 d后抗壓強度損失明顯，水化硅酸鈣（C-S-H）凝膠脫去Ca2＋后，與SO2-4反應(yīng)生成石膏.（NH4）2SO4對于傳統(tǒng)水泥基材料的侵蝕破壞 作用明 顯強于Na2SO4［20-21］.NH＋4會降低水泥基材料孔隙溶液的pH值，破壞產(chǎn)物凝膠穩(wěn)定存在的環(huán)境.（NH4）2SO4可直接與水泥水化產(chǎn)物Ca（OH）2和C-S-H凝膠發(fā)生反應(yīng)生成石膏與無定形態(tài)硅膠產(chǎn)物［22］.而地聚物孔溶液中的堿度一般要高于傳統(tǒng)水泥基材料.除侵蝕離子外，浸泡方式也是影響混凝土抗硫酸鹽侵蝕性能的主要因素.半浸泡混凝土試件一部分處在硫酸鹽環(huán)境中，另一部分暴露于空氣中.溫度、濕度、毛細傳輸及蒸發(fā)等作用加劇了混凝土硫酸鹽的侵蝕破壞作用［23-25］.多樣的硅鋁質(zhì)原料組成和硫酸鹽侵蝕類型、不同的浸泡方式等因素增加了地聚物抗硫酸鹽侵蝕性能研究的復雜性.

鑒于此，本文研究了侵蝕離子及浸泡方式不同的硫酸鹽侵蝕環(huán)境下地聚物砂漿組成、結(jié)構(gòu)與性能的變化，探究不同硅鋁質(zhì)原料地聚物砂漿的抗硫酸鹽侵蝕性能差異，對比分析不同體系地聚物抗硫酸鹽侵蝕劣化機理，以期為地聚物的應(yīng)用研究提供技術(shù)支持.

1 試驗

1.1 原材料

分別選用偏高嶺土（MK）、粉煤灰（FA）和礦渣（SG）為硅鋁質(zhì)原料，以改性水玻璃為堿性激發(fā)劑來制備地聚物.堿性激發(fā)劑由工業(yè)水玻璃、氫氧化鈉與水按一定比例混合（每100.0 g工業(yè)水玻璃外摻18.2 g NaOH和39.8 g H2O），該改性水玻璃的模數(shù)為1.2.其中工業(yè)水玻璃模數(shù)為2.43，其化學組成（質(zhì)量分數(shù)，文中涉及的組成、激固比等均為質(zhì)量分數(shù)或質(zhì)量比）為32.35%SiO2、13.73%Na2O和53.92%H2O；氫氧化鈉為分析純，NaOH含量≥96%.制備地聚物砂漿用細骨料為廈門艾思歐標準砂有限公司產(chǎn)ISO標準砂.硫酸鹽侵蝕試驗用MgSO4與（NH4）2SO4均為國藥集團化學試劑有限公司產(chǎn)分析純.

1.2 試件配合比及試驗方法

1.2.1 試件配合比

硫酸鹽侵蝕試件為MK基、MK＋SG基、SG基和FA＋SG基地聚物砂漿試件（分別記為MK-M、MK＋SG-M、SG-M和FA＋SG-M）和凈漿試件（分別記為MK-P、MK＋SG-P、SG-P和FA＋SG-P）.砂漿試件尺寸為40 mm×40 mm×160 mm，凈漿試件尺寸為40 mm×40 mm×40 mm.將成型的砂漿和凈漿試件在（20±2）℃密封養(yǎng)護28 d，分別置于水中和不同硫酸鹽溶液中進行侵蝕試驗，其中砂漿試件用于外觀形貌觀測、質(zhì)量變化率測試與抗壓抗蝕系數(shù)測試等；凈漿試件用于X射線衍射（XRD）和微觀分析.需要說明的是，將凈漿試件MK-P的激固比固定為1∶1，為保證各組地聚物具有相似的工作性能，其他試件的激固比為0.7∶1.地聚物砂漿和凈漿試件配合比如表1所示.

表1 地聚物砂漿和凈漿試件配合比Table 1 Mix proportions of geopolymer mortar and geopolymer paste specimens kg/m3

1.2.2 試驗方法

（1）砂漿試件的質(zhì)量變化率測試 先將地聚物砂漿置于硫酸鹽溶液中浸泡1 d，然后取出并稱取其飽和面干質(zhì)量；之后每隔14 d采用同樣方法稱取砂漿試件質(zhì)量，以不同侵蝕齡期試件與浸泡1 d后試件質(zhì)量的差值除以浸泡1 d后試件的質(zhì)量，即得到不同侵蝕齡期砂漿試件的質(zhì)量變化率.

（2）砂漿試件的抗壓抗蝕系數(shù)測試 參照GB/T 749—2008《水泥抗硫酸鹽侵蝕試驗方法》測試試件在侵蝕溶液和水中浸泡至規(guī)定齡期后的抗壓強度（fS和fW）.當砂漿試件抗壓抗蝕系數(shù)R（fS/fW）≥0.8時，可認為其具有較好的抗硫酸鹽侵蝕性能.

（3）凈漿試件的XRD分析 將地聚物凈漿試件從硫酸鹽溶液中取出，先用無水乙醇清洗表面，再放入鼓風干燥箱中在50℃條件下烘48 h；然后取其表面材料放入真空干燥箱中真空干燥24 h；再放入瑪瑙研缽中磨細過74μm（200目）篩.利用D8 ADVASNCE X射線衍射儀分析凈漿試件的物相組成，測試電流為100 mA、電壓為40 k V，靶材為Cu（Ka）靶，步長為0.02°，以連續(xù)掃描方式獲取衍射譜.

（4）凈漿試件的微觀分析 采用JEOL JSM-7500F型、JSM 4800f型掃描電子顯微鏡（SEM）和X射線能譜儀（EDS）檢測試件的微觀形貌，并進行成分分析.將凈漿試件從硫酸鹽溶液中取出，用無水乙醇將其表面清洗干凈，放入鼓風干燥箱中在50℃條件下烘干48 h，使用小錘將試件敲擊成粒徑為2.5 mm左右的顆粒狀樣品，再真空干燥24 h，即得到SEM-EDS分析樣品.

2 結(jié)果與分析

2.1 侵蝕離子對地聚物砂漿抗硫酸鹽侵蝕性能的影響

圖1為地聚物砂漿試件在5%MgSO4和5%（NH4）2SO4溶液中分別全浸泡120 d后的質(zhì)量變化率.由圖1可見：（1）MK-M在MgSO4和（NH4）2SO4溶液中侵蝕120 d后的質(zhì)量變化率分別為0.10%和2.88%；MK-M全浸泡在MgSO4溶液中，整個侵蝕齡期質(zhì)量沒有發(fā)生明顯變化，但全浸泡在（NH4）2SO4溶液中時質(zhì)量變化相對較大，其質(zhì)量變化率隨著侵蝕齡期的增加而逐漸降低.（2）MK＋SG-M全浸泡在上述2種硫酸鹽溶液中，其質(zhì)量變化規(guī)律類似于MK-M；但MK＋SG-M在（NH4）2SO4溶液中侵蝕120 d后的質(zhì)量變化率僅為1.69%，明顯低于MK-M.（3）SG-M全浸泡在上述2種硫酸鹽溶液中，其質(zhì)量變化規(guī)律不同于MK-M和MK＋SG-M，SG-M全浸泡在MgSO4溶液中的質(zhì)量變化率反而要高于全浸泡在（NH4）2SO4溶液中的質(zhì)量變化率，其在MgSO4溶液和（NH4）2SO4溶液中侵蝕120 d后的質(zhì)量變化率分別為0.16%和-0.23%.（4）FA＋SG-M全浸泡在上述2種硫酸鹽溶液中，其質(zhì)量變化規(guī)律類似MK＋SG-M組，在MgSO4和（NH4）2SO4溶液中侵蝕120 d后的質(zhì)量變化率分別為0.31%和1.84%，均略高于MK＋SG-M組.

圖1 地聚物砂漿試件全浸泡在硫酸鹽溶液中的質(zhì)量變化率Fig.1 Mass change rate of geopolymer mortar specimens completely immersed in sulfate solution

圖2為地聚物砂漿試件全浸泡在5%MgSO4和5%（NH4）2SO4溶液中侵蝕后的外觀形貌.圖3為硫酸鹽侵蝕前后地聚物凈漿試件表面區(qū)域的XRD圖譜.由圖2可見：（1）MK-M全浸泡在MgSO4溶液和（NH4）2SO4溶液中侵蝕120 d后，邊角清晰，表面未見額外生成物或附著物，外觀上均未發(fā)生明顯變化.結(jié)合圖3（a）可知，MK-P經(jīng)2種硫酸鹽溶液侵蝕前后，其主要礦物相均為石英相，并未發(fā)現(xiàn)其他明顯的礦物相.（2）MK＋SG-M全浸泡在2種硫酸鹽溶液中的外觀形貌與MK-M類似，侵蝕120 d后邊角仍然清晰，表面沒有微裂紋產(chǎn)生；但MK＋SG-M全浸泡在（NH4）2SO4溶液中，其表面顏色由深灰色逐漸變成淺粉色，而全浸泡在MgSO4溶液中，其表面顏色未發(fā)生明顯變化.結(jié)合圖3（b）可知，MK＋SG-P受MgSO4溶液侵蝕后主要礦物相基本沒有變化，侵蝕前后XRD圖譜中30°附近的“饅頭峰”主要與C-A-S-H凝膠生成有關(guān)，并未發(fā)現(xiàn)典型的硫酸鹽侵蝕產(chǎn)物生成.MK基地聚物由于生成產(chǎn)物中幾乎不含鈣，侵蝕過程中主要是侵蝕溶液中的陽離子與N-A-S-H凝膠中的Na＋進行離子交換，并沒有其他產(chǎn)物生成［14］.而MK＋SG基地聚物產(chǎn)物中有較低的含鈣量，穩(wěn)定的三維網(wǎng)絡(luò)狀結(jié)構(gòu)能夠很好地與Ca2＋結(jié)合，不易生成石膏、鈣礬石等膨脹性侵蝕產(chǎn)物；但由于5%（NH4）2SO4溶液呈弱酸性（p H值約為6.4），會降低地聚物孔隙溶液的pH值，破壞產(chǎn)物凝膠穩(wěn)定存在的環(huán)境，促進其脫去Ca2＋，因此，MK＋SG基地聚物在（NH4）2SO4侵蝕后的XRD圖譜中發(fā)現(xiàn)了少量石膏相.（3）SG-M全浸泡在MgSO4溶液中，其表面在侵蝕前期就有白色物質(zhì)生成.隨著侵蝕齡期的延長，試件的邊角和表面逐漸出現(xiàn)裂紋并伴有起皮、剝落現(xiàn)象.浸泡120 d后，其外觀發(fā)生了明顯變化.結(jié)合圖3（c）可知，這主要歸因于產(chǎn)物C-A-S-H凝膠自身抗硫酸鹽侵蝕性能較差，產(chǎn)物中Ca2＋以鍵合方式存在于C-A-S-H凝膠的硅氧四面體和鋁氧四面體中，在SO2-4作用下會被侵蝕陽離子Mg2＋置換出去，導致侵蝕過程中生成膨脹性石膏產(chǎn)物，致使試件發(fā)生表面“脹裂現(xiàn)象”，屬于典型的石膏型侵蝕［26］.SG-M全浸泡在（NH4）2SO4溶液中時，也有額外附著物在其表面生成，侵蝕120 d后試件表面顏色明顯發(fā)灰，其表面與邊角均存在明顯的開裂現(xiàn)象.浸泡60 d后邊角就有明顯的材料剝落，但其質(zhì)量波動并不大，可能是由于試件表面的材料剝落與水、侵蝕離子沿著孔隙進入試件內(nèi)部綜合作用所致.SG基地聚物被MgSO4溶液侵蝕后，XRD圖譜中30°附近的“饅頭峰”并未發(fā)生明顯變化，侵蝕后可能仍維持C-A-S-H凝膠結(jié)構(gòu)，主要變化是有石膏晶體特征峰產(chǎn)生，可能是由于C-A-S-H凝膠中的Ca2＋易脫去，溶入孔隙溶液中，并與侵蝕溶液中的SO2-4結(jié)合生成膨脹性石膏產(chǎn)物［27-28］；SG-P在（NH4）2SO4侵蝕后的XRD圖譜中發(fā)現(xiàn)了石膏的生成，30°左右的“饅頭峰”消失.（4）FA＋SG-M全浸泡在MgSO4溶液中30 d時，其表面出現(xiàn)了白色附著物，且隨著侵蝕齡期的增加，試件表面附著物逐漸增多；侵蝕120 d時，邊角破損明顯，生成的白色附著物也逐漸剝落.但在（NH4）2SO4侵蝕過程中試件表面白色附著物質(zhì)較少.結(jié)合圖3（d）可知，F(xiàn)A＋SG-P在MgSO4溶液侵蝕120 d后，其XRD圖譜與未侵蝕凈漿試件類似，在（NH4）2SO4侵蝕溶液中則發(fā)現(xiàn)了石膏的生成.

圖2 地聚物砂漿試件全浸泡在硫酸鹽溶液中的外觀形貌Fig.2 Appearance of geopolymer mortar specimens completely immersed in sulfate solution

圖3 地聚物凈漿試件硫酸鹽侵蝕前后的XRD圖譜Fig.3 XRD patterns of geopolymer paste specimens before and after sulfate solution attack

圖4為地聚物凈漿試件全浸泡在MgSO4溶液中120 d后的SEM照片.由圖4可見：（1）MK-P仍能基本維持較為完整的結(jié)構(gòu).（2）SG-P在MgSO4溶液中侵蝕120 d后，其表面生成了大量“板塊狀”石膏與一些顆粒，“板塊狀”石膏生長交錯縱橫，相比MK-P，SG-P整體結(jié)構(gòu)顯得比較松散.這是因為硅鋁質(zhì)原料中Ca含量的不同導致生成產(chǎn)物種類有所不同，它們會影響地聚物在MgSO4溶液中的劣化方式，SG-P的生成產(chǎn)物C-A-S-H在MgSO4侵蝕過程中的劣化與水泥中的C-S-H凝膠相類似，Ca2＋析出后，與SO2-4反應(yīng)生成膨脹性產(chǎn)物石膏.（3）MK＋SG-P在MgSO4溶液中侵蝕120 d后結(jié)構(gòu)較為致密，未見明顯微裂紋與晶體產(chǎn)物生成.（4）FA＋SG-P在MgSO4溶液中侵蝕120 d后時結(jié)構(gòu)變得疏松多孔，還有未反應(yīng)的粉煤灰顆粒.

圖4 地聚物凈漿試件全浸泡在MgSO4溶液中120 d后的SEM照片F(xiàn)ig.4 SEM photos of geopolymer paste specimens completely immersed in MgSO 4 solution for 120 d

圖5為地聚物凈漿試件全浸泡在（NH4）2SO4溶液120 d后的SEM照片.由圖5可見：（1）MK-P表面結(jié)構(gòu)致密，沒有額外晶體和其他附著物質(zhì)生成，但其表面出現(xiàn)了較為明顯的微裂紋.（2）MK＋SG-P表面變得粗糙且有裂紋生成.（3）SG-P在（NH4）2SO4溶液中侵蝕120 d后的微觀形貌與在MgSO4溶液中相類似，其表面也出現(xiàn)了大量縱橫交錯的六方板狀石膏和顆粒狀碎屑.（4）FA＋SG-P在（NH4）2SO4溶液侵蝕120 d后，表面出現(xiàn)了未反應(yīng)的粉煤灰球狀顆粒，其結(jié)構(gòu)較為松散，結(jié)合SEM-EDS和XRD分析可知，其在（NH4）2SO4溶液侵蝕過程中同樣生成了石膏.

圖5 地聚物凈漿試件全浸泡在（NH 4）2SO 4溶液中120 d時的SEM照片F(xiàn)ig.5 SEM photos of geopolymer paste specimens completely immersed in（NH 4）2SO 4 solution for 120 d

2.2 硅鋁質(zhì)原料特性對地聚物砂漿抗硫酸鹽侵蝕性能的影響

MgSO4和（NH4）2SO4溶液全浸泡侵蝕地聚物砂漿過程中，由于侵蝕溶液的陽離子不同，導致地聚物抗硫酸鹽侵蝕存在一定差異.對于相同的硫酸鹽侵蝕溶液，地聚物的組成和結(jié)構(gòu)同樣會影響地聚物砂漿的抗硫酸鹽侵蝕性能.圖2顯示：（1）硅鋁質(zhì)原料中CaO含量較低的MK-M在MgSO4溶液中全浸泡120 d后，外觀基本上沒有發(fā)生明顯變化；但硅鋁質(zhì)原料CaO含量較高的SG-M在侵蝕初期，就在表面生成了石膏，隨著侵蝕齡期的延長，表面上的石膏生成量逐漸增多且試件邊角和表面出現(xiàn)裂紋.由此可見，MK基地聚物主要產(chǎn)物是抗硫酸鹽侵蝕性能較好的N-A-S-H凝膠，而SG基地聚物生成的是C-A-S-H凝膠.（2）砂漿試件全浸泡在（NH4）2SO4溶液中，其外觀表現(xiàn)出如上相似的外觀劣化現(xiàn)象.雖然MK＋SG基地聚物與FA＋SG基地聚物的硅鋁質(zhì)原料具有相似的CaO含量，但由于偏高嶺土和粉煤灰的活性差異較大，導致MK＋SG基地聚物和FA＋SG基地聚物產(chǎn)物的微結(jié)構(gòu)不同，因此其抗硫酸鹽性能侵蝕也有所不同.

Dz?unuzovi?等［27］認為含Ca組分參與地質(zhì)聚合反應(yīng)可提升地聚物強度.圖6給出了地聚物砂漿試件在硫酸鹽溶液中全浸泡120 d時的抗壓抗蝕系數(shù).由圖6可見：全浸泡在MgSO4溶液中的SG-M抗壓強度損失最大，侵蝕120 d后其抗壓抗蝕系數(shù)為0.73；而MK-M和MK＋SG-M表現(xiàn)出較好的抗MgSO4侵蝕性能，其抗壓抗蝕系數(shù)為0.84和0.96；FA＋SG-M在MgSO4溶液侵蝕120 d后，其抗壓抗蝕系數(shù)為0.72，與Ca含量最高的SG-M抗壓抗蝕系數(shù)較為接近.MK＋SG-M與FA＋SG-M雖然Ca含量相近，但由于MK與FA的化學組成不同，MK＋SG-M初期即形成N-A-S-H凝膠與C-A-S-H凝膠復合產(chǎn)物，Ca2＋以鍵合方式存在于鋁硅酸鹽凝膠的硅氧四面體和鋁氧四面體中；FA＋SG-M由于FA早期堿激發(fā)效果不佳，所生成的產(chǎn)物主要是C-A-S-H凝膠.雖然各地聚物砂漿在力學性能上差異較小，但由于地聚物化學組成不同，其抗MgSO4侵蝕性能存在較大差距，F(xiàn)A＋SG-M在MgSO4溶液中外觀劣化現(xiàn)象類似于SG-M，表現(xiàn)出較差的抗MgSO4侵蝕性能.

圖6 地聚物砂漿試件在硫酸鹽溶液中全浸泡120 d時的抗壓抗蝕系數(shù)Fig.6 Compressive and corrosion resistance coefficient of geopolymer mortar specimens completely immersed in sulfate solution for 120 d

由圖6還可見：與全浸泡在MgSO4溶液中侵蝕120 d的地聚物砂漿相比，除了MK-M組以外，全浸泡在（NH4）2SO4溶液中的其他各組砂漿試件抗壓抗蝕系數(shù)均有所降低.由于可以與膠凝材料孔隙中的OH-發(fā)生反應(yīng)，會和Ca（OH）2、C（-A）-S-H凝膠反應(yīng)，促進地聚物脫去Ca2＋.對于Ca含量較高的地聚物，（NH4）2SO4的 侵 蝕 作 用 明 顯 高 于MgSO4，其 中SG-M侵蝕120 d后，其抗壓抗蝕系數(shù)只有0.50，可能是由于產(chǎn)物C-A-S-H凝膠在作用下脫去Ca2＋，與SO24-反應(yīng)生成石膏，的存在加速了石膏的生成.MK＋SG基與FA＋SG基地聚物產(chǎn)物中均含有部分C-A-S-H凝膠，其抗壓抗蝕系數(shù)分別為0.82和0.68，均低于MgSO4侵蝕組.不同體系地聚物砂漿試件中，僅MK-M與MK＋SG-M抗壓抗蝕系數(shù)符合膠凝材料抗硫酸鹽侵蝕性能標準.可見，地聚物抗硫酸鹽侵蝕性能的高低不僅取決于原料中的Ca含量，而且也受硅鋁質(zhì)原料特性的影響.

2.3 半浸泡對地聚物砂漿抗硫酸鹽侵蝕性能的影響

圖7、8分別給出了地聚物砂漿試件半浸泡在5%MgSO4溶液中120時的外觀形貌和不同表面區(qū)域的XRD圖譜.圖9為地聚物砂漿試件半浸泡在5%MgSO4溶液中120 d后的側(cè)面尺寸和抗壓強度.由圖7和圖9（a）可見：（1）MK-M與MK＋SG-M試件結(jié)構(gòu)完整，其上半部分干燥區(qū)和下半部分浸泡區(qū)側(cè)面尺寸未發(fā)現(xiàn)明顯變化（原側(cè)面尺寸為40 mm）；MK-M與MK＋SG-M下半部分浸泡區(qū)均有少量透明的晶體產(chǎn)生，經(jīng)XRD分析發(fā)現(xiàn)其主要成分均為MgSO4·H2O.在MK-M試件干燥區(qū)有白色附著物生成，經(jīng)XRD分析為Na2SO4晶體.可能是由于在半浸泡“燈芯效應(yīng)”的作用下，SO2-4等沿著孔隙在MK-M試件干燥區(qū)析晶導致.但MK＋SG-M試件干燥區(qū)并沒有發(fā)現(xiàn)明顯白色附著物生成.（2）SG-M半浸泡在MgSO4溶液120 d后，浸泡區(qū)發(fā)生了明顯的脹裂現(xiàn)象，4個邊角生成了宏觀可見的縱向裂紋，中間結(jié)晶區(qū)與上部干燥區(qū)生成了大量白色附著物，干燥區(qū)頂部邊角由于附著物生成變得模糊不清.經(jīng)XRD分析可知，SG-M試件浸泡區(qū)與中間結(jié)晶區(qū)主要產(chǎn)物為石膏、Na2SO4和MgSO4的復合水鹽，干燥區(qū)生成附著物主要為Na2SO4晶體.SG-M干燥區(qū)與浸泡區(qū)側(cè)面尺寸分別膨脹了4.48%和5.80%.（3）FA＋SG-M受硫酸鹽侵蝕現(xiàn)象與SG-M類似，但FA＋SG-M浸泡區(qū)表面區(qū)域脹裂現(xiàn)象要弱于SG-M組，其膨脹率為2.25%.其中間結(jié)晶區(qū)的石膏生成量明顯要低于SG-M組的，這可能主要是由于FA＋SG-M和SG-M中硅鋁質(zhì)原料CaO含量不同所致.

圖7 地聚物砂漿試件半浸泡在5%MgSO4溶液中120 d時的外觀形貌Fig.7 Appearance of geopolymer mortar specimens partially immersed in 5%magnesium sulfate solution for 120 d

圖8 地聚物砂漿試件半浸泡在5%MgSO4溶液中120 d時的XRD圖譜Fig.8 XRD patterns of geopolymer mortar specimens partially immersed in 5%magnesium sulfate solution for 120 d

圖9 地聚物砂漿試件半浸泡在5%MgSO4溶液中120 d后的側(cè)面尺寸和抗壓強度Fig.9 Side dimension and compressive strength of geopolymer mortar specimens after 120 d of erosion by 5%magnesium sulfate solution under partially immersion condition

由圖9（b）可見：半浸泡條件下，除MK＋SG-M浸泡區(qū)的抗壓強度略高于干燥區(qū)，其他各組地聚物砂漿浸泡區(qū)的抗壓強度均小于干燥區(qū).尤其是SG-M和FA＋SG-M浸泡區(qū)抗壓強度損失明顯大于干燥區(qū).由于FA活性較低，F(xiàn)A＋SG-M自身抗壓強度不高.Ca含量較高的地聚物砂漿抗壓強度下降明顯，SG-M與FA＋SG-M干燥區(qū)生成大量附著物破壞了基體結(jié)構(gòu)，導致其抗壓強度降低，而浸泡區(qū)發(fā)生了明顯脹裂現(xiàn)象或因生成石膏等侵蝕產(chǎn)物導致微裂紋的生成，降低了其抗壓強度.可見，半浸泡對不同地聚物砂漿抗硫酸鹽侵蝕性能產(chǎn)生了不同影響，可能是不同原料組成、地聚物結(jié)構(gòu)疏密程度、“燈芯作用”與侵蝕離子濃度差等綜合作用的結(jié)果.

3 結(jié)論

（1）地 聚 物 砂漿MK-M與MK＋SG-M在MgSO4溶液中全浸泡120 d時外觀形貌未有明顯變化，其抗壓抗蝕系數(shù)分別為0.84和0.96，表現(xiàn)出較好的抗MgSO4侵蝕性能.地聚物砂漿SG-M在MgSO4溶液中全浸泡120 d時外觀劣化明顯，試件邊角剝落的同時還在其表面生成了大量石膏，其抗壓抗蝕系數(shù)僅為0.73，這可能與SG基地聚物的產(chǎn)物C-A-S-H凝膠在侵蝕過程中脫Ca有關(guān).

（2）MK與FA理化特性上的不同導致MK＋SG基與FA＋SG基地聚物組成與結(jié)構(gòu)不同.MK＋SG基地聚物生成結(jié)構(gòu)致密的N（C）-A-S-H凝膠，抗MgSO4侵蝕性能表現(xiàn)優(yōu)異；FA早期激發(fā)效果不好，F(xiàn)A＋SG基地聚物中主要是C-A-S-H凝膠與未激發(fā)的FA顆粒，F(xiàn)A＋SG-M在侵蝕齡期內(nèi)劣化明顯，其抗壓抗蝕系數(shù)為0.72，遠低于MK＋SG-M的抗壓抗蝕系數(shù).

（3）4種地聚物砂漿在（NH4）2SO4溶液侵蝕過程中的劣化現(xiàn)象比在MgSO4溶液中顯著，NH＋4的存在加速了C-A-S-H凝膠脫去Ca2＋及其與SO2-4生成石膏的速率.FA＋SG-M和SG-M浸泡在（NH4）2SO4溶液120 d后抗壓抗蝕系數(shù)分別為0.68和0.50，表現(xiàn)出較差的抗（NH4）2SO4侵蝕性能.MK基與MK＋SG基地聚物主要產(chǎn)物N-A-S-H凝膠結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，受NH＋4侵蝕作用較小.

（4）SG-M和FA＋SG-M半浸泡在MgSO4溶液中，其浸泡區(qū)抗壓強度損失明顯大于干燥區(qū).半浸泡條件下的“燈芯效應(yīng)”加速了侵蝕離子遷移，促進MgSO4侵蝕作用.MK基與MK＋SG基地聚物由于產(chǎn)物結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，受侵蝕破壞作用較小，且其砂漿試件干燥區(qū)與浸泡區(qū)具有相似的外觀形貌和抗壓強度.