混凝土抗硫酸盐腐蚀剂制备与性能研究_段国伟.pdf

第 37 卷第 1 期粉 煤 灰 综 合 利 用Vol37No12023 年2 月FLY ASH COMPEHENSIVE UTILIZATIONFeb.2023材料科学混凝土抗硫酸盐腐蚀剂制备与性能研究*Preparation and Properties of Antisulfite Corrosive Agent for Concrete段国伟，林双艮(1.河北建研工程技术有限公司，河北 石家庄 050227;2.河北省固废建材化利用科学与技术重点实验室，河北 石家庄 050227)摘要:制备了一种混凝土抗硫酸盐腐蚀剂，研究对比添加抗硫酸盐腐蚀剂的混凝土试块和未添加抗硫酸盐腐蚀剂的混凝土试块抗压强度和抗硫酸侵蚀性能。研究结果表明:抗硫酸盐腐蚀剂中含有活性物质，能够促进水化硅酸钙凝胶等水化产物的生成，促进晶体与胶体的联结，从而提高混凝土体系密实度。因此，添加抗硫酸盐腐蚀剂的混凝土抗压强度和抗硫酸侵蚀性高于未添加抗硫酸盐腐蚀剂的混凝土。关键词:混凝土;硫酸盐腐蚀;抗腐蚀剂中图分类号:TU528文献标志码:A文章编号:10058249(2023)01008406DOI:1019860/jcnkiissn10058249202301015DUAN Guowei，LIN Shuanggen(1.Hebei Jianyan Engineering Technology Co.，Ltd.，Shijiazhuang 050227，China;2.Hebei Key Laboratory of Science and Technology for the Utilization of Solid Waste Building Materials，Shijiazhuang 050227，China)Abstract:A concrete antisulfate corrosion agent is developed to study and compare the compressive strength and sulfuric acid corrosionresistance of concrete test blocks with and without antisulfate corrosion agent.The experimental results show that the sulfate corrosioninhibitor contains active substances，which can promote the formation of hydration products such as hydrated calcium silicate gel，promotethe connection between crystals and colloids，and thus improve the compactness of concrete system.Therefore，the compressive strengthand sulfuric acid corrosion resistance of concrete with sulfate corrosion inhibitor are higher than those without sulfate corrosion inhibitor.Keywords:concrete;sulfate corrosion;corrosion resistance*基金项目:石家庄科技局项目(226160507A)。作者简介:段国伟(1991)男，本科，工程师，主要从事建筑材料、绿色建材等方面研究。收稿日期:202201160引言混凝土结构经常会遭受环境中各种侵蚀因素的影响，导致性能劣化甚至破坏，影响混凝土的耐久性。其中硫酸盐侵蚀是最广泛、最普通的化学侵蚀形式，尤其处于潮汐区或地下水位变化环境中的混凝土工程，较容易遭受干湿循环和硫酸盐侵蚀的耦合作用，损伤速度与程度，对结构造成了严重的影响，达不到预定的服役年限。一种性能良好的结构补强与裂缝修补材料，不仅可以提高建筑物受损结构的力学性能，还可以大幅度提高其耐久性，使得建筑物受损部位得到良好的修复，不至于继续劣化，不到设计年限被拆除，避免不必要的损失。1 期段国伟等:混凝土抗硫酸盐腐蚀剂制备与性能研究85材料科学混凝土的裂缝会直接影响建筑物的耐久性，因为硫酸根离子会与混凝土内部物质发生反应1，会直接影响混凝土的抗硫酸盐侵蚀性能。目前，一些学者25 的研究成果表明:在没有外界条件的干预下，混凝土的内部裂纹可以自愈合，提高混凝土的抗硫酸盐侵蚀性。但生活中很难控制外界环境对混凝土的干预，无法保障混凝土的抗硫酸盐侵蚀性能。本文研究制备了一种具有裂缝自愈合功能混凝土抗硫酸盐腐蚀剂，通过试验分析抗腐蚀剂对清水浸泡和硫酸盐浸泡(干湿循环)后的混凝土试件抗压强度、耐蚀系数的影响，为今后研究混凝土的研究提供重要依据。1试验原材料与试验方法1.1试验原材料北京金隅股份有限公司生产的PO 42.5 水泥，水泥的主要性能见表 1;试验用水采用自来水，水质纯净无杂质，满足标准要求;西卡减水剂，固含量 20%，胶凝材料总量的 0.8%1.5%;级粉煤灰细度，45 m 筛余为8.7%，需水量比98%;金泰成公司生产的 S95 级矿渣粉，比表面积429 kg/m2，活性指数 101%;碎石 526.5 mm 连续级配，表观密度 2620 kg/m3，压碎值 11.6%，性能指标见表 2;砂子采用石家庄正定河砂，主要性能指标见表 3，满足混凝土用砂石的标准要求，经过水洗之后河砂的细度模数为 2.6，属于中砂;膨胀组分:主要是由在凝结硬化过程中具有体积膨胀的硫铝酸盐类水泥组成，作用在于减少结构的收缩，使得结构更加密实，减少收缩带来的残余缝隙;渗透结晶组分:主要是由多种具有络合结晶的无机盐组成，这些渗透结晶材料可以在湿度较大的环境中，发生盐类的水解，释放出酸根离子和碱性阳离子，这些离子可以和水泥的一些矿物组分发生反应，形成水化硅酸钙、钙矶石类的水化产物，使得结构密实，修补裂缝;其他组分:主要是由膨润土组成，由于膨润土是一种层状结构的黏土矿物，具有明显的吸水性，吸水之后膨胀，浆体很容易黏度增高，增加修补材料浆体的工作性，提高其流动性，减少浆体的离析，增加修补材料的黏聚性。表 1水泥的主要物理性能指标Table 1Main physical properties of cement比表面积/(kg/m2)安定性凝结时间/min初凝终凝标准稠度用水量/%抗压强度/MPa抗折强度/MPa3 d28 d3 d28 d320合格15619028.519.5454.58.6表 2人工碎石的主要性能指标Table 2Main performance indexes of artificial crushed stone表观密度堆积密度压碎值泥含量针片状2662 kg/m31763 kg/m311.1%0.5%6.5%表 3试验用水洗砂的主要性能指标Table 3Main performance indexes of water washedsand for experiment表观密度/(kg/m3)堆积密度/(kg/m3)泥含量/%257116600.071.2试验方法(1)制备出的混凝土抗硫酸腐蚀剂，其中硫铝酸盐类膨胀剂掺量为胶凝材料总量的 1%，膨润土类占 0.2%，自修复活性组分占 0.5%，见表 4。表 4具有自渗透结晶修补材料用量Table 4Amount of selfpenetrating crystalline repair material/(kg/m3)具有膨胀效果组分流动性改善组分铝酸盐MgONa膨润土CaHPO33.23.20.641.6(2)混凝土抗腐蚀试件的制备:分别制备设计强度等级为 C40 未添加抗硫酸盐腐蚀剂的普通混凝土和添加抗硫酸盐腐蚀剂的抗蚀混凝土;新拌混凝土性能要求:坍落度要求为 200 mm，保水性和黏聚性良好;根据 普通混凝土配合比设计规程其配合比设计为见表 5。9 块试件为一组，制作 了 4 组 试 件，尺 寸 为 100 mm 100 mm 100 mm混凝土立方体。表 5混凝土配合比Table 5Concrete mix ratio/(kg/m3)类型水泥砂子水矿粉粉煤灰减水剂石子普通混凝土32075013560508.21080抗蚀混凝土 311.3675013560508.21080(3)抗硫酸盐性能测试:混凝土试件在标准养护条件下养护到龄期后，在烘箱 80 温度下烘干 48 h，随后放入配制浓度为 5%硫酸钠溶液中的86粉煤灰综合利用37 卷材料科学干湿循环机进行侵蚀试验。在侵蚀次数达到 15 次时测得放置硫酸盐中侵蚀与放置养护室(清水浸泡)同龄期养护的抗压值。试验如图 1、图 2所示。图 1抗压强度试验Fig.1Stress strength test图 2硫酸盐加速浸泡试验Fig.2Sulfate accelerated immersion test2试验结果与分析2.1普通混凝土的抗硫酸盐侵蚀性(1)分析两组普通混凝土试件养护 28 d 后，分别在清水和 5%硫酸盐溶液中浸泡，经过 15 次干湿循环后，测定相应的抗压强度数据及计算的抗蚀系数，见表 6。表 6普通混凝土试件抗蚀系数Table 6Corrosion resistance coefficient of concrete mixedwithout sulfate resistant corrosive agent清水浸泡/MPa硫酸盐浸泡/MPa耐蚀系数43.0746.111.07由表 6 可知，浸泡在 5%浓度的硫酸盐溶液中的混凝土试件，经过 15 次循环所测的抗压强度值为 46.11 MPa，而在清水中浸泡相同龄期的混凝土试件所测定的抗压强度为 43.07 MPa，计算抗蚀系数为 1.07。对比经过 15 次硫酸盐干湿循环后取出的混凝土试件和在清水中浸泡相同龄期的混凝土试件表面，发现浸泡在硫酸钠溶液试件表面颜色较深，并且强度高于清水浸泡相同龄期的混凝土试件。主要是由于浸泡在硫酸钠溶液的试件中 SO24可以渗透进入混凝土试件的内部，内部 SO24与混凝土中的水化产物反应生成钙矾石(AFt)或二水硫酸钙，促使新生成的水化产物富集、膨胀，填充孔隙，提高了混凝土结构的密实度，同时提升了混凝土的抗压强度。混凝土在硫酸盐浸泡中反应的化学方程式为Na2SO4+Ca(OH)2+10H2OCa2SO42H2O+2NaOH+8H2O(1)3CaSO42H2O+4CaOAl2O312H2O+14H2OAFt+Ca(OH)2(2)式中，Na2SO4与Ca(OH)2反应成Ca2SO42H2O，体积增大2 倍多;二水硫酸钙又与铝酸盐反应生成 AFt(钙矾石)，体积迅速膨胀大约120%。这些膨胀产物填充混凝土内部空隙，提高结构密实度。因此，在5%浓度的硫酸盐溶液中浸泡的混凝土试件比在清水中浸泡的混凝土试件具有更高的抗压强度67。2.2抗蚀混凝土的抗硫酸盐侵蚀性选用两组掺加抗腐蚀剂的混凝土试件养护28 d后，分别在清水和 5%硫酸盐溶液中浸泡，经过 15次干湿循环后，测定相应的抗压强度数据及计算的抗蚀系数，见表 7。表 7抗蚀混凝土的抗蚀系数Table 7Corrosion resistance coefficient of concrete mixed withsulfate resistant corrosive agent清水浸泡/MPa硫酸盐浸泡/MPa耐蚀系数50.0058.501.17由表 7 可得抗蚀混凝土试件浸泡在 5%浓度的硫酸盐溶液中，经过 15 次循环所测的抗压强度值高达 58.5 MPa，而在清水中浸泡相同龄期的混凝土试件所测定的抗压强度也达到了 50.00 MPa，计算该混凝土的抗蚀系数为 1.17。试验数据表明，1 期段国伟等:混凝