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摘要：从含盐量高的盐渍土地区现场取土，带回实验室进行盐渍土环境下的硫酸盐侵蚀试验。通过测定混凝土试块在不同深度硫酸盐反应量的多少来研究硫酸盐腐蚀机理。结果表明，随着侵蚀龄期的增加，硫酸盐反应量逐渐增多；掺加掺合料能够明显降低硫酸盐反应量，粉煤灰、矿粉掺加量相同时，粉煤灰的抗硫酸盐侵蚀性能比矿粉强。
关键词：现场取土；硫酸盐侵蚀；硫酸根反应量；
0前言
混凝土劣化病害的主要原因之一是硫酸盐侵蚀。硫酸盐侵蚀主要包括物理侵蚀和化学侵蚀。我国东部沿海地区盐渍土环境中含有大量的硫酸盐、镁盐以及氯盐等侵蚀介质，属于强腐蚀环境。该地区基础设施都处在盐渍土环境中，必然会受到硫酸盐侵蚀的威胁，导致混凝土的使用寿命大大降低，使得沿海地区建筑物严重破坏，给人们的生产生活造成巨大的损失。
1.原材料与实验方法
1.1原材料
水泥：PI52.5R硅酸盐水泥；细骨料：普通河沙，细度模数为2.6；粗骨料：花岗岩，粒径5-25mm的连续级配碎石；粉煤灰：青岛鲁青I级粉煤灰；矿粉：青岛家梁足球工贸有限公司生产的矿粉；拌合用水：自来水；盐渍土：现场取样。
1.2实验设计
本实验采用八个配比，配比见表1；采用100×100×100mm模具，一次性制作混凝土试块，24h后拆模，放入标准养护室养护28d。养护完成之后将试块成型面，底面以及两个侧面用环氧进行密封，留两个对立的面进行硫酸根离子的一维传输测试，待环氧风干之后将试块埋入盐渍土中，盐渍土成泥浆状，这样有利于离子的传输。腐蚀90d和120d后将试块取出，进行磨粉取样，选用紫外分光光度计方法测试硫酸根离子含量。
表1混凝土配合比
1.3混凝土性能
分别测试混凝土3d，7d，28天养护强度，以及混凝土的坍落度和扩展度；
图1混凝土抗压强度
2实验结果分析与讨论
2.1腐蚀龄期对混凝土硫酸盐反应量的影响
为研究硫酸根离子随时间的变化，选择P和F30P两种配合比进行试验，本试验持续时间为120天，分别将达到90天，120天侵蚀龄期的试块取出，采用分光光度计的法测试不同试块、不同龄期下自由硫酸根离子和总硫酸根离子含量，得到硫酸根离子分布图，如图2、图3所示。
（a）90天（b）120天
图2P混凝土反应硫酸根与总硫酸根的关系比
由图2可知，混凝土中总硫酸根和自由硫酸根离子浓度随深度的增加先下降，之后趋于稳定，120d混凝土试块中自由硫酸根离子和总硫酸根离子含量均比90d的试块高。随着侵蚀龄期的增加，自由硫酸根离子变化幅度很大，达到稳定时深度由5mm增加到10mm；总硫酸根离子相差不大，稳定时的深度也大致相同；分析其原因：P水胶比较大，内部疏松，硫酸根离子容易渗入，在传输的过程中，硫酸根离子也会与混凝土中的水化产物发生反应，产生的腐蚀产物会填充混凝土的空隙，从而阻碍硫酸根离子向混凝土内部渗入。
2.2矿物掺合料对硫酸盐反应量的影响
本文研究单掺粉煤灰，矿粉，双掺粉煤灰和矿粉对硫酸盐反应量的影响。选择P作为空白组，F10P，F20P作为单掺粉煤灰实验组，B10P、B20P作为单掺矿粉实验组，F10B20P、F15B15P、F20B10P作为双掺粉煤灰和矿粉实验组，研究在不同掺合料的情况下，硫酸盐反应量所受到的影响；腐蚀龄期均为120d，分别测试自由和总硫酸根离子的含量，建立反应硫酸根与总硫酸根的关系，如图3所示：
（g）F15B15P混凝土（h）F20B10P混凝土
图3不同掺合料混凝土反应硫酸根与总硫酸根的关系比
从图3可以看出，不同矿物掺合料的混凝土在盐渍土腐蚀的作用下反
应硫酸根与总硫酸根的关系服从线性分布，具有很好的线性关系，可以用CR=K*Ct来表示。反应系数为R=0.839—0.972，因此，在盐渍土环境下，混凝土试块中的硫酸盐大部分与混凝土发生反应，以结合状态存在，只有少部分以自由态存在。
对比a，b，c可以看出，当粉煤灰掺加量为10%的时候，混凝土与硫酸根的反应系数为0.968，当粉煤灰掺加量增加到30%的时候，硫酸根反应量明显减少。当粉煤灰掺加量少的时候，对混凝土结构的改善不明显，相反，粉煤灰中的SiO2，Al2O3会与Ca（OH）2发生二次水化反应生成水化硅酸钙、水化铝酸钙等，而水化铝酸钙又会与硫酸根发生反应，从而生成水化硫铝酸钙；当粉煤灰的掺加量增加之后，能够有效的改善混凝土的微观结构，降低混凝土的孔隙率，从而阻止硫酸根离子向混凝土内部传输。因此，在盐渍土环境下，掺加粉煤灰能够有效减少混凝土中硫酸根的反应量，粉煤灰掺量为30%明显比10%抗硫酸盐性能好。
对比a，f，g，h可以看出，在双掺情况下，混凝土与硫酸盐的反应量明显低于未掺的混凝土。粉煤灰掺量多的硫酸根反应量比矿粉掺量多的硫酸根反应量多，同时硫酸根反应量比单掺粉煤灰和矿粉的混凝土反应量低。原因在于，粉煤灰的抗硫酸盐侵蚀性能比矿粉强，但在加入矿粉的同时能使混凝土结构更加密实，从而进一步提高混凝土的抗硫酸盐侵蚀性能。
3结论
（1）在盐渍土环境下，混凝土中的硫酸根大部分以结合态存在，只有少部分是以自由形态存在，随着侵蚀龄期的增加，硫酸根反应量逐渐增加。
（2）矿物掺合料能改善混凝土内部孔隙结构，增加密实性，比未掺加掺合料的混凝土相比，硫酸根反应量明显大大减少，这说明掺加矿物掺合料能明显提高混凝土抗硫酸盐侵蚀性能。
（3）在掺加同等量的粉煤灰和矿粉时，粉煤灰抗硫酸盐侵蚀性能明显比矿粉强。同时掺加粉煤灰和矿粉比单掺粉煤灰、矿粉的抗硫酸盐侵蚀效果好。
参考文献：
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[2]田冠飞，冷发光，张仁瑜，等.盐渍土地区土壤对混凝土腐蚀规律和机理的研究.[J].装备环境工程，1997，4（5）：10-14.