嚴(yán)雨浩,黃欣然

(河海大學(xué),江蘇 南京 210000)

1 鹽類侵蝕機(jī)理

混凝土的鹽類侵蝕,主要包括兩個(gè)方面,一是水泥本身具有易被腐蝕的組分,二是水泥本身不致密,侵蝕介質(zhì)容易進(jìn)入內(nèi)部。水泥水化產(chǎn)物氫氧化鈣CH與硫酸根反應(yīng)生成硫酸鈣,硫酸鈣又與水泥石中的水化鋁酸鈣C3A反應(yīng)生成水化硫鋁酸鈣針狀晶體,即鈣礬石。使得水泥石結(jié)構(gòu)被破壞,內(nèi)部初始微裂縫被迫擴(kuò)展,一邊通過增加接觸面積加速該過程的進(jìn)行,一邊導(dǎo)致力學(xué)性能的下降和最終結(jié)構(gòu)的失效?；蛘咴诹蛩岣鶟舛冗^高時(shí),直接生產(chǎn)的二水石膏結(jié)晶破壞水泥石內(nèi)部結(jié)構(gòu),帶來同樣的破壞效果。目前國內(nèi)研究主要包括對溶蝕過程影響因素的探討和該過程中混凝土各項(xiàng)力學(xué)性能退化規(guī)律的研究。

2 混凝土滲透溶蝕影響因素

肖海英[1]研究了侵泡方式對混凝土腐蝕性的影響,結(jié)果表明不同浸泡方式混凝土的彎曲抗蝕系數(shù)對腐蝕性液體的敏感次序?yàn)椋毫⑹桨虢?水平半浸>水平全浸。且在該試驗(yàn)條件下,距離液面20mm以上的混凝土受到的鹽結(jié)晶膨脹破壞低于鹽的化學(xué)腐蝕作用。楊禮明[2]針對化學(xué)腐蝕、鹽結(jié)晶腐蝕和應(yīng)力腐蝕及其耦合作用對高性能混凝土的耐久性影響展開了研究,運(yùn)用SEM電鏡掃描、XRD-X射線衍射分析混凝土在腐蝕環(huán)境下的表面剝蝕和損傷失效特點(diǎn)、損傷機(jī)理,建立了混凝土損傷演化方程和裂紋密度模型,表明在應(yīng)力腐蝕作用下,化學(xué)腐蝕與鹽結(jié)晶腐蝕的過程都會(huì)加劇。李金玉[3]利用自制的加荷架研究了不同應(yīng)力等級下的混凝土硫酸鹽侵蝕性,并觀察不同應(yīng)力狀態(tài)、不同硫酸根離子濃度對混凝土抗硫酸鹽侵蝕規(guī)律的影響。得出：荷載對混凝土侵蝕具有明顯的加速作用,并且隨荷載的增加,破壞加速作用呈遞增趨勢。

徐文雨[4]研究了水泥品種、水灰比、粉煤灰、硅粉盒外加劑等因素對水泥石抗溶蝕性能的影響,及水泥石中氧化鈣溶出量對水泥石孔結(jié)構(gòu)、圍觀結(jié)構(gòu)和化學(xué)組成的影響,結(jié)果表明：水灰比越大,水泥石密實(shí)性越差,抗溶蝕性能越差；同等條件下,礦渣硅酸鹽水泥抗溶蝕性能高于普通硅酸鹽水泥,漿體結(jié)構(gòu)更密實(shí)?；旌喜?尤其是硅粉的摻入,不但改善了混凝土的孔結(jié)構(gòu),提高抗?jié)B性,還改變了水泥水化產(chǎn)物的組成,提高了混凝土的抗溶蝕性能。方祥位[5]也針對水灰比、膠砂比、試件尺寸、預(yù)養(yǎng)方式和溶液濃度、溫度對混凝土硫酸鹽侵蝕速度的影響進(jìn)行了試驗(yàn)研究,其中,關(guān)于水灰比和膠砂比的研究結(jié)論與徐文雨研究類似,在其他方面則得到：試件比表面積越大,養(yǎng)護(hù)溫度越高、養(yǎng)護(hù)時(shí)間越短,侵蝕速度越快。溶液濃度和溫度小于一定值時(shí),侵蝕速度隨溫度及濃度的提高而加快；但超過一定值時(shí),侵蝕速度反而隨二者升高而降低。硫酸鈉侵蝕速度比硫酸鎂快,且對于硫酸鈉采用抗折抗蝕系數(shù)合理,但硫酸鎂則需綜合考慮抗折抗蝕系數(shù)和抗壓抗蝕系數(shù)。

姜磊[6]則將研究領(lǐng)域擴(kuò)展到了混凝土在硫酸鹽+干濕循環(huán)、硫酸鹽+凍融循環(huán)作用下的耐久性問題的范疇,總結(jié)得出了硫酸鹽與干濕循環(huán)、硫酸鹽與凍融循環(huán)下的混凝土損傷劣化規(guī)律；建立了混凝土抗壓強(qiáng)度衰減模型與單軸受壓本構(gòu)模型；建立了硫酸鹽侵蝕環(huán)境下混凝土的損傷破壞準(zhǔn)則。在微觀結(jié)構(gòu)變化層面,兩種情況下混凝土的微觀變化均表現(xiàn)出孔隙、微裂縫及界面區(qū)內(nèi)侵蝕產(chǎn)物鈣礬石晶體的膨脹破壞。在劣化規(guī)律層面,先后得出了兩種情況下混凝土質(zhì)量損失與相對動(dòng)彈性模量、抗壓強(qiáng)度的變化規(guī)律。在侵蝕產(chǎn)物分析層面,得出在侵蝕初期,混凝土內(nèi)已有鈣礬石與石膏生成,但此時(shí)侵蝕產(chǎn)物處于填充孔隙的階段,因此該階段混凝土宏觀性能未受太大影響,甚至由于孔隙被填充加固有了密實(shí)性的提升。但隨著侵蝕時(shí)間的增加,混凝土內(nèi)部裂隙增多,形成損傷層,并能夠從損傷層厚度判斷出混凝土劣化程度。

3 混凝土力學(xué)性能退化規(guī)律

孔祥芝[7]研究了水工大壩混凝土溶蝕初期的強(qiáng)度及剛度衰減規(guī)律。結(jié)果表明振搗密實(shí)、養(yǎng)護(hù)充分的水工大壩混凝土具有很高的抗?jié)B透溶蝕能力,其人粉煤灰對混凝土的抗?jié)B透溶蝕性能、自愈能力有提升作用。鈣離子濃度及其溶出速率與混凝土中鈣的存在形式、膠材用量、混凝土密實(shí)度、滲透水運(yùn)動(dòng)速率和滲徑有關(guān),并給出了可以簡單預(yù)測混凝土結(jié)構(gòu)的使用壽命的經(jīng)驗(yàn)公式。滲透溶蝕作用下,混凝土趨于變脆、剛度降低,且摻火山灰混凝土的性能衰減更快。

方坤河[8]針對混凝土試件滲透溶出物種類及其隨滲透歷時(shí)的發(fā)展變化,滲透溶蝕特性的影響因素,穩(wěn)定性和滲透耐久性進(jìn)行了研究。分析結(jié)果表明,混凝土中凡屬于能溶于水的物質(zhì)均可能隨滲透過程的進(jìn)行而溶出。主要包括一些溶于水的堿性氧化物,如氧化鈉、氧化鈣等；以及一些可溶性鹽類,如氯化物、硫酸鹽等。此外,研究認(rèn)為影響混凝土滲透溶蝕的因素主要有：滲透水的石灰濃度及水中其它影響Ca(OH)2溶解度的物質(zhì)含量；混凝土中含極限石灰濃度高的水化產(chǎn)物的多少；混凝土的密實(shí)性和不透水性。

隨著滲透時(shí)間的延長滲透液的pH值有所降低,且粉煤灰摻量越大的混凝土,滲透液pH值降低越小?；炷僚c滲透水之間存在CaO與SiO2的交換,且一般滲透水從混凝土中溶解CaO,混凝土從滲透水中吸收SiO2,粉煤灰的摻量較大時(shí),這一過程將會(huì)逆轉(zhuǎn)。并且,在水力梯度低于臨界值且滲透水物化學(xué)侵蝕性時(shí),CaO及SiO2的累積溶出量會(huì)趨于穩(wěn)定。同時(shí),少量的積鹽不會(huì)對混凝土造成危害,反而有利于提高混凝土的密實(shí)性和抗?jié)B性。

馬保國[9]則研究了TSA侵蝕機(jī)理及國內(nèi)實(shí)例。TSA侵蝕主要發(fā)生在硫酸根與碳酸根共存的低溫環(huán)境中,二者侵蝕產(chǎn)物鈣礬石、石膏及方解石在低溫情況下與過量水反應(yīng),將水化產(chǎn)物CSH水化硅酸鈣凝膠轉(zhuǎn)變?yōu)闊o膠結(jié)性的硅灰石膏,使侵蝕混凝土完全喪失強(qiáng)度。且經(jīng)過組分分析確定來自八盤峽水電廠的混凝土樣品確已發(fā)生了TSA侵蝕,這在國內(nèi)尚屬首次。TSA侵蝕不同于一般鹽類侵蝕,其造成的后果將對混凝土的工作性能帶來毀滅性打擊,并且該研究表明TSA侵蝕已在現(xiàn)有混凝土結(jié)構(gòu)中出現(xiàn),值得引起重視[10,11]。

[1]肖海英,葛勇,張寶生,等.浸泡方式對混凝土腐蝕性的研究[A].沿海地區(qū)混凝土結(jié)構(gòu)耐久性及其設(shè)計(jì)方法[C].中國深圳:中國土木工程學(xué)會(huì),2004．

[2]楊禮明.高性能混凝土的化學(xué)腐蝕、鹽結(jié)晶和應(yīng)力腐蝕及其微結(jié)構(gòu)演變規(guī)律[D].南京:南京航空航天大學(xué)(博士學(xué)位論文),2013．

[3]李金玉,曹建國,林莉,等.水工混凝土耐久性研究的新進(jìn)展[J].水力發(fā)電,2001,27(4):44-47．

[4]徐文雨,關(guān)英俊,李金玉.大壩混凝土滲漏溶蝕的研究[J].水利水電技術(shù),1990,21(7):43-48．

[5]方祥位,申春妮,楊德斌,等.混凝土硫酸鹽侵蝕速度影響因素研究[J].建筑材料學(xué)報(bào),2007,10(1):89-96．

[6]姜磊.硫酸鹽侵蝕環(huán)境下混凝土劣化規(guī)律研究[D].西安：西安建筑科技大學(xué)(博士學(xué)位論文),2014．

[7]孔祥芝,陳改新,紀(jì)國晉.大壩混凝土滲透溶蝕試驗(yàn)研究[J].混凝土,2013(10):53-56.

[8]方坤河,阮燕,吳玲,等.混凝土的滲透溶蝕特性研究[J].水力發(fā)電學(xué)報(bào),2001,72(1):31-39．

[9]馬保國,高小建,何忠茂,等.混凝土在SO42-和CO32-共同存在下的腐蝕破壞[J].硅酸鹽學(xué)報(bào),2004,32(10):1219-1224．

[10]王倩.混凝土結(jié)構(gòu)耐久性研究[J].江西建材,2017(24):19-21．

[11]趙俊.大體積混凝土裂縫的成因及預(yù)防[J].江西建材,2017(14):76-81．