论文导读：对掺入不同矿物混合料的混凝土进行了试验对比，并进行了抗压强度、抗折强度的测试，结果表明：与空白试件相比，140d复掺粉煤灰和矿渣的试件抗硫酸盐侵蚀能力强，同时随着时间的增加质量百分率变化的幅度不大。各个浸泡龄期下，10%硫酸钠溶液中试件的质量变化率没有明显的规律，但掺粉煤灰的试件的变化趋势为早期逐渐增加，达到84d质量变化率增加最为明显。
关键词：硫酸钠侵蚀，矿物混合料，抗压强度，抗折强度，质量变化率
0 引言
混凝土是各类建筑工程中使用量最大宗的一种建筑材料，其质量好坏直接关系到建筑工程项目质量的安全性、耐久性。建筑工程实际寿命低于设计寿命的实例屡见不鲜[1]。混凝土耐久性已经引起了各界的广泛关注。其中硫酸盐侵蚀是破坏混凝土耐久性最严重的一种环境水侵蚀，目前国内外都在进行抗侵蚀方面的研究。硕士论文。由于混凝土耐久性不足造成的破坏而带来高额的维修费用已越来越引起国内外专家学者的注意[2]。
1 试验方法与过程
1.1原材料
⑴ 水泥：冀东水泥 P.O42.5级水泥。
⑵ 砂：采用江苏镇江市句容市赤山砂石厂Ⅱ区中砂，细度模数为2.8。
⑶ 矿渣：江苏靖江市矿渣。
⑷ 粉煤灰：采用南京聚力粉煤灰厂生产的Ⅱ级粉煤灰。
⑸ 拌合水：饮用水。
⑹ 无水硫酸钠（Na2SO4）：上海中试化工总公司分析纯试剂。
表1无水硫酸钠技术性质
| 无水硫酸钠含量不少于 |
PH |
不溶物 |
烧失量 |
氯化物 |
磷酸盐 |
钾 |
钙 |
| 97% |
5-8 |
0.005% |
0.2% |
0.001% |
0.001% |
0.01% |
0.002% |
1.2试验方法
混凝土硫酸盐侵蚀破坏的标准是一直有争议的重要问题。现在比较普遍采用的指标：表观物理性能、试件的长度变化、抗折强度等等。本试验参照快速试验硫酸盐侵蚀的试验方法（GB2420-81）《水泥抗硫酸盐侵蚀快速试验方法》[3]。试验所采用的试件尺寸为：40mm×40 mm×160 mm。保持水灰比（=0.50）一定，将试验用水泥、矿渣、粉煤灰等胶凝材料按照表2中的配合比进行模拟试验。
表2 混凝土的配合比
| 试样 |
|
|
成分配比 |
|
|
|
| 水泥 |
粉煤灰 |
矿粉 |
水 |
粗骨料 |
细骨料 |
| 1 |
450 |
0 |
0 |
225 |
592 |
1100 |
| 2 |
405 |
45 |
0 |
225 |
592 |
1100 |
| 3 |
360 |
90 |
0 |
225 |
592 |
1100 |
| 4 |
450 |
0 |
45 |
225 |
592 |
1100 |
| 5 |
360 |
0 |
90 |
225 |
592 |
1100 |
| 6 |
360 |
45 |
45 |
225 |
592 |
1100 |
分别对各个规定龄期(28d，56d，84d，112d，140d)对试件进行观察和抗折试验、抗压试验，同期进行试件在饮用水中和Na2SO4溶液中的同龄期抗折对比试验和抗压对比试验。在试件浸泡过程中，定期用H2SO4溶液滴定以中和试件在溶液中释放的氢氧化钙，使得溶液的pH值保持在7.0左右，在硫酸钠溶液中浸泡的试件顶面要低于液面10mm。硕士论文。随时观察试件表面变化情况，所有溶液每隔28天更换1次。
2 硫酸盐侵蚀机理
根据SO42-的来源不同，硫酸盐侵蚀可以分为内部侵蚀和外部侵蚀两种。内部侵蚀是由于混凝土组分本身带有的硫酸盐引起的，而外部侵蚀是环境中的硫酸盐对混凝土的侵蚀。其中外部侵蚀包括化学侵蚀和物理侵蚀。根据化学侵蚀过程发生的化学反应产物不同，化学侵蚀主要包括钙矾石侵蚀、石膏侵蚀。
(1)钙矾石和石膏
钙矾石生长过程和液相的碱度密切相关,碱度低时形成的钙矾石为大的板条状晶体,此类钙矾石一般不带来有害的膨胀，碱度高时如在纯硅酸盐水泥混凝土中形成的钙矾石为针状或片状，甚至呈凝胶状析出，形成极大的结晶应力,因此合理控制液相的碱度是减轻钙矾石危害性膨胀的有效途径之一[4]。如果硫酸盐浓度较高时,则不仅生成钙矾石，而且还会有石膏结晶析出。石膏的生成使固相体积增大124 %,引起混凝土膨胀开裂，因此导致混凝土的强度损失和耐久性下降。
(2)混凝土孔隙含量及分布
混凝土孔隙如果既致密又均匀可以提高混凝土抗硫酸盐侵蚀能力。而混凝土的孔隙率及其分布与混凝土原料及其配比、混凝土密实成型工艺、养护制度等多种因素有关。此外，混凝土所受的荷载及冻融循环、流水冲刷等其他因素都可以通过影响混凝土的孔隙结构而间接地影响混凝土的抗硫酸盐侵蚀能力[5]。
3 结果分析
3.1侵蚀后的宏观现象
 
图1 112d侵蚀作用下试件的外观
图1为112d龄期侵蚀作用下各组试件的外观宏观现象，1#空白试件掉角现象和表面盐析现象比较严重，略有膨胀并且出现了裂缝脱皮现象。硕士论文。3#掉角和盐析现象很明显，而2#抗侵蚀性要明显由于3#试件，说明“粉煤灰效应”发挥了作用，但其掺量要适当否则结果受到影响。混凝土抗硫酸盐能力于水泥熟料矿物组成关系很大，特别是C3S、C2S水化之后生成Ca(OH)2，能参与硫酸盐侵蚀反应。而C3A水化形成水化铝酸三钙，是钙矾石形成的必要条件。由于2#至6#均掺入了不同掺量的矿质混合料降低了混凝土中Ca(OH)2的含量提高了混凝土的密实性，对混凝土抗硫酸盐侵蚀性能有了显著的提高。各组试件中5#抗硫酸盐侵蚀效果最好，基本上没有出现掉角和开裂现象。同时，双掺入粉煤灰、矿粉的试件以及单掺矿粉的试件表面掉角现象不明显或者基本无膨胀变化，表明矿渣混凝土的抗侵蚀性较好。
3.2 侵蚀时间与质量变化率
通过图2可以看出各组试件的质量变化率没有明显的规律，但试件2#,3#,6#的变化趋势为早期逐渐增加，达到84d质量变化率增加最为明显，然后开始缓慢增加，只有5#,6#出现了降低的现象。由此可以分析：在10%硫酸盐侵蚀环境中，随着时间的增加复掺粉煤灰和矿渣的混凝土6#具有较好的抗硫酸盐侵蚀，表现得很稳定因此掺入适量的粉煤灰和矿渣的混凝土抗硫酸盐侵蚀能力随着时间增加提高有较好表现。而1#,2#,4#各组虽然早期质量变化率增加平缓但是随着时间的增加特别是超过112d以后质量变化率增加很快，抗硫酸盐侵蚀效果不明显。
3.3抗压强度和抗折强度
表3 混凝土抗压强度
| 试件编号 |
浸泡140d抗压强度/Mpa |
浸泡140d抗折强度/Mpa |
| 水中 |
10%Na2SO4溶液 |
水中 |
10%Na2SO4溶液 |
| 1 |
62.94 |
56.15 |
6.24 |
6.14 |
| 2 |
58.62 |
55.55 |
6.02 |
6.11 |
| 3 |
55.76 |
56.12 |
6.05 |
5.85 |
| 4 |
60.15 |
59.71 |
5.62 |
6.28 |
| 5 |
63.41 |
61.24 |
6.39 |
6.84 |
| 6 |
64.58 |
63.46 |
6.34 |
6.86 |
通过早期的数据，在Na2SO4溶液中浸泡28d的混凝土试件抗压强度和抗折强度不但没有下降反而均有所提高，其中1#空白混凝土的抗折系数增长率最高，这是由于C3S含量多导致C-S-H含量增加并与硫酸钠溶液反应生成钙矾石，提高了密实度和抗压强度、抗折强度。而掺入混合料的试件因为数量少而且二次水化进行较慢，因此早期强度不高。当龄期增加到140d时，1#的抗压强度降低明显如表3所示。这是由于钙矾石的量逐渐增长导致固相体积增大产生一定的结晶压力造成膨胀开裂。而5#和6#的两个抗蚀系数明显大于其他各组，这是由于此时混凝土强度分别由水泥水化反应所贡献的强度和掺料火山灰效应贡献的强度两部分构成[6]，同时有效改善了试件抗硫酸盐能力。
结论：
⑴140d空白试件掉角现象和表面盐析现象比较严重，略有膨胀并且出现了裂缝脱皮现象，其抗Na2SO4溶液侵蚀能力较差，而复掺粉煤灰和矿渣的试件膨胀现象不明显。
⑵各个浸泡龄期下，10%硫酸钠溶液中试件的质量变化率没有明显的规律，但掺粉煤灰的试件的变化趋势为早期逐渐增加，达到84d质量变化率增加最为明显，然后开始缓慢增加。
⑶随着时间的增加,复掺粉煤灰(10%)和矿渣(10%)的混凝土6#具有较好的抗Na2SO4溶液侵蚀表现得很稳定，同时随着时间的增加质量百分率变化的幅度不大。
参考文献：
1.买买江·木莎，曾源.浅析影响混凝土耐久性的因素及其防治措施[M].西部探矿工程.2006(12):249-250.
2.吴中伟,廉慧珍.高性能混凝土[M].北京：中国铁道出版社.1999.
3.GB2420-81,水泥抗硫酸盐快速侵蚀方法[S].
4-5.吕林女，何永佳，丁庆军，胡曙光.混凝土的硫酸盐侵蚀机理及其影响因素[J]焦作工学院学报(自然科学版),2003(22).
6.蒲心诚.超高强高性能混凝土原理.配制.结构.性能.应用[M].重庆：重庆大学出版社2004：35
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