鄔夢(mèng)宇

(中鐵二十二局集團(tuán)， 北京 100053)

硫酸鹽侵蝕對(duì)鐵路混凝土的耐久性具有比較重要的影響，近年來(lái)，中國(guó)的鐵路網(wǎng)絡(luò)建設(shè)逐漸向西部推進(jìn)，在鐵路涵洞、隧道襯砌以及橋墩等建筑物結(jié)構(gòu)中逐漸出現(xiàn)了比較嚴(yán)重的硫酸鹽侵蝕問(wèn)題[1-3]，在硫酸鹽侵蝕的環(huán)境條件下，混凝土腐蝕程度與環(huán)境水和土中硫酸根離子濃度、環(huán)境溫度以及混凝土表面干濕交替程度等有關(guān)，與化學(xué)侵蝕破壞相比，鹽類結(jié)晶破壞更加嚴(yán)重，多發(fā)生在露出地表的毛細(xì)吸附區(qū)和隧道的襯砌部位，破壞比較明顯[4]。受到硫酸鹽結(jié)晶侵蝕后的混凝土結(jié)構(gòu)會(huì)出現(xiàn)明顯的表面剝落、膨脹開(kāi)裂以及腐蝕等現(xiàn)象，降低了混凝土結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和耐久性能，嚴(yán)重影響著鐵路工程施工的安全性，并帶來(lái)了大量的經(jīng)濟(jì)損失。因此，研究提高鐵路混凝土在鹽類結(jié)晶環(huán)境下的抗侵蝕能力具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外針對(duì)鹽類結(jié)晶對(duì)混凝土的侵蝕性研究報(bào)道不斷增加。Hayne等[5]在1996年就提出混凝土在硫酸鹽物理結(jié)晶過(guò)程中所受到的劣化破壞并沒(méi)有得到足夠的重視，相關(guān)的研究及報(bào)道比較少。Hime等[6]在相關(guān)研究中觀察到當(dāng)混凝土、砂漿或者石材的表面暴露在硫酸鈉溶液中時(shí)，其表面通常會(huì)變白，并且會(huì)剝蝕其表面，認(rèn)為這種劣化機(jī)制為“鹽水合作用破壞”。Thaulow 等[7]對(duì)鹽結(jié)晶引起混凝土劣化的機(jī)理進(jìn)行了研究。Hartell等[8]提出采用機(jī)械性能的變化來(lái)對(duì)混凝土硫酸鹽結(jié)晶劣化的程度進(jìn)行量化。Bassuoni等[9]研究了混凝土試件在硫酸鈉溶液中不同浸泡方式下的耐久性變化情況，主要分為完全浸泡、半浸泡以及干濕循環(huán)。楊全兵等[10]認(rèn)為硫酸鈉鹽結(jié)晶產(chǎn)生的混凝土膨脹和剝蝕破壞隨著鹽濃度和干濕循環(huán)次數(shù)的增加而增大，而在降溫作用下，硫酸鈉溶液鹽結(jié)晶體積膨脹率和結(jié)晶壓隨著鹽濃度增加顯著增大。鄧德華等[11]對(duì)混凝土硫酸鹽結(jié)晶破壞理論的研究進(jìn)展進(jìn)行了總結(jié)，認(rèn)為混凝土硫酸鹽結(jié)晶破壞的試驗(yàn)結(jié)果和現(xiàn)象與鹽結(jié)晶經(jīng)典理論還存在很大的爭(zhēng)議，仍需要進(jìn)一步的開(kāi)展相關(guān)研究。2009年美國(guó)混凝土協(xié)會(huì)耐久性規(guī)范中將混凝土物理結(jié)晶侵蝕破壞單獨(dú)列出，以區(qū)別于混凝土硫酸鹽化學(xué)侵蝕破壞，指出混凝土物理結(jié)晶侵蝕是在鹽類溶液侵入混凝土后，經(jīng)過(guò)水分蒸發(fā)在混凝土內(nèi)部孔隙中結(jié)晶出來(lái)，通過(guò)結(jié)晶鹽的不斷累積產(chǎn)生一定的結(jié)晶壓，從而導(dǎo)致混凝土的結(jié)構(gòu)破壞。有研究表明，選擇合理的水泥及摻合料品種、降低混凝土的水灰比、摻入引氣劑、加強(qiáng)混凝土的養(yǎng)護(hù)以及在混凝土表面增加耐腐蝕性的保護(hù)層等措施可以防止硫酸鹽侵蝕對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的破壞[12-13]。以粉煤灰和礦渣粉為代表的礦物摻合料對(duì)于提高混凝土的工作性能、耐久性和穩(wěn)定性有著重要的作用，已經(jīng)成為鐵路混凝土的必要組分。在鹽類溶液全浸泡或者含鹽類土壤全埋的情況下，合理的礦物摻合料摻量能夠大幅度提高混凝土的抗侵蝕性能。胡飛龍等[14]認(rèn)為根據(jù)水泥礦物組成和C3A含量，確定合理的聚羧酸減水劑品種，能夠較好的提高水泥砂漿的抗硫酸鹽侵蝕性能。余雪峰等[15]認(rèn)為在復(fù)雜環(huán)境條件下粉煤灰的加入能夠有效提高混凝土抗硫酸鹽侵蝕的耐久性能。祝苗苗等[16]認(rèn)為粉煤灰和硅灰復(fù)合摻加可提高混凝土抗硫酸鹽侵蝕的能力，而礦粉的摻入對(duì)混凝土的抗硫酸鹽侵蝕能力影響較小。袁斌等[17]對(duì)混凝土硫酸鹽侵蝕及防護(hù)研究進(jìn)展進(jìn)行了總結(jié)，并綜述了普通混凝土在硫酸鹽環(huán)境中受侵蝕機(jī)理，對(duì)今后的研究方向作了簡(jiǎn)要的討論。但是，也有研究結(jié)果顯示在鹽類溶液半浸泡狀態(tài)下粉煤灰以及礦渣粉等摻合料的加入反而會(huì)加快混凝土鹽類結(jié)晶的破壞速度[18-19]。

納米SiO2由于具有較強(qiáng)的火山灰活性和較大的比表面積，可以有效提高混凝土結(jié)構(gòu)的密實(shí)性和強(qiáng)度，從而提高其抗硫酸鹽侵蝕的能力[20-22]；引氣劑是配制高性能混凝土的關(guān)鍵外加劑之一，引氣劑的合理使用能改善混凝土內(nèi)部的氣泡質(zhì)量，提高混凝土的拌和物性能及穩(wěn)定性，同時(shí)，適當(dāng)?shù)囊龤饪梢葬尫帕蛩猁}結(jié)晶破壞壓力，有效抑制或減緩混凝土由硫酸鹽結(jié)晶引起的膨脹。黃法禮等[23]認(rèn)為混凝土抗硫酸鹽侵蝕性能隨含氣量增大呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì)，控制新拌混凝土含氣量大于4%時(shí)即可滿足鹽類結(jié)晶破壞環(huán)境下對(duì)混凝土氣泡參數(shù)的要求。李兆剛[24]認(rèn)為含氣量對(duì)鐵路混凝土抗硫酸鹽侵蝕性能的影響非常復(fù)雜，在實(shí)際工作中應(yīng)控制適宜的含氣量。胡文龍等[25]認(rèn)為引氣劑的加入能夠改變混凝土的孔徑分布及孔隙形狀，從而可以降低鹽結(jié)晶破壞壓力的影響，提高硫鋁酸鹽水泥混凝土抵抗硫酸鈉鹽結(jié)晶破壞的能力。因此，現(xiàn)以某鐵路隧道襯砌部位混凝土為研究對(duì)象，通過(guò)硫酸鹽干濕循環(huán)實(shí)驗(yàn)來(lái)模擬襯砌混凝土結(jié)構(gòu)在鹽類結(jié)晶環(huán)境下的侵蝕工況，以混凝土結(jié)構(gòu)的質(zhì)量損失率、相對(duì)動(dòng)彈性模量和抗壓強(qiáng)度耐蝕系數(shù)為評(píng)價(jià)指標(biāo)，開(kāi)展了摻入納米SiO2和引氣劑GEM對(duì)提高混凝土在鹽類結(jié)晶環(huán)境下的抗侵蝕能力研究，以期為鐵路建設(shè)過(guò)程中混凝土在鹽類結(jié)晶環(huán)境下的耐久性設(shè)計(jì)提供一定的技術(shù)支撐。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 原材料

實(shí)驗(yàn)用水泥為山東莒州水泥有限公司生產(chǎn)的P·O 42.5普通硅酸鹽水泥(其化學(xué)組成見(jiàn)表1)，水泥密度為3.09 g/cm3，比表面積為362 m2/kg，燒失量為2.91%，初凝時(shí)間為181 min，終凝時(shí)間為269 min，28 d抗壓強(qiáng)度為48.6 MPa；實(shí)驗(yàn)用粉煤灰為南京熱電廠的Ⅱ級(jí)粉煤灰(其化學(xué)組成見(jiàn)表1)，密度為2.37 g/cm3，比表面積為539 m2/kg，28 d活性指數(shù)為85%；實(shí)驗(yàn)用納米SiO2由泰弘晟達(dá)新材料有限公司生產(chǎn)，SiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于99.9%，密度為2.2 g/cm3，比表面積為610 m2/kg；實(shí)驗(yàn)用細(xì)骨料為細(xì)度系數(shù)為2.8的普通河砂；實(shí)驗(yàn)用粗骨料為5～15 mm的花崗巖碎石；實(shí)驗(yàn)用減水劑為昆明生威公司生產(chǎn)的聚羧酸高性能減水劑SW；實(shí)驗(yàn)用引氣劑為實(shí)驗(yàn)室自制的雙子表面活性劑型GEM引氣劑。

表1 實(shí)驗(yàn)用水泥和粉煤灰的化學(xué)組成Table 1 Chemical composition of cement and fly ash for experiment

1.2 混凝土配合比設(shè)計(jì)

以考察納米SiO2以及引氣劑GEM不同加量時(shí)混凝土的抗鹽類結(jié)晶侵蝕性能為依據(jù)，進(jìn)行了混凝土配合比的設(shè)計(jì)。通過(guò)調(diào)整減水劑以及其他外加劑的摻量，將基準(zhǔn)混凝土的坍落度調(diào)整至(120±10) mm范圍內(nèi)，水膠比均控制在0.35，配合比設(shè)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 混凝土配合比設(shè)計(jì)結(jié)果Table 2 Design results of concrete mixing proportion

1.3 實(shí)驗(yàn)方案

混凝土在鹽類結(jié)晶環(huán)境下的抗侵蝕能力評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)參照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 50082—2009《普通混凝土長(zhǎng)期性能和耐久性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》中的抗硫酸鹽侵蝕實(shí)驗(yàn)方法，為模擬工程實(shí)際情況，采用干濕循環(huán)實(shí)驗(yàn)的方式進(jìn)行。具體實(shí)施步驟為：按照1.2節(jié)中的混凝土配合比設(shè)計(jì)結(jié)果制作尺寸為100 mm×100 mm×100 mm的試件，將試件在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下養(yǎng)護(hù)56 d后取出，擦去表面水分，在(80±5) ℃的恒溫條件下干燥48 h；然后再將試件放入5%的Na2SO4溶液中進(jìn)行浸泡實(shí)驗(yàn)，不同試件之間應(yīng)保持20 mm左右的間距，同時(shí)液面應(yīng)高出試件頂部20～30 mm，持續(xù)浸泡14 h，然后取出試件使其自然風(fēng)干1 h，再立即轉(zhuǎn)入(60±5) ℃下烘干8 h，最后取出自然冷卻1 h，完成后再將試件放入5%Na2SO4溶液中繼續(xù)浸泡，以上為持續(xù)時(shí)間為24 h的1次干濕循環(huán)實(shí)驗(yàn)過(guò)程；為保證硫酸鹽濃度穩(wěn)定，每隔30 d更換一次溶液；最后依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)GB/T 50082—2009要求測(cè)定不同循環(huán)周期下混凝土試件的質(zhì)量損失率、相對(duì)動(dòng)彈性模量和抗壓強(qiáng)度耐蝕系數(shù)變化情況，考察混凝土在硫酸鹽結(jié)晶環(huán)境下的抗侵蝕能力。

2 結(jié)果與討論

2.1 納米SiO2摻量對(duì)混凝土抗侵蝕能力的影響

2.1.1 質(zhì)量損失率

圖1為不同納米SiO2摻量的混凝土試件經(jīng)過(guò)不同干濕循環(huán)實(shí)驗(yàn)周期后的質(zhì)量變化情況，由圖1結(jié)果可以看出，隨著干濕循環(huán)實(shí)驗(yàn)次數(shù)的增大，不同混凝土試件的質(zhì)量損失率均呈現(xiàn)出“先減小后增大”的趨勢(shì)。在干濕循環(huán)實(shí)驗(yàn)初期，四種混凝土試件的質(zhì)量均緩慢增大，當(dāng)干濕循環(huán)次數(shù)達(dá)到60次時(shí)，試件的質(zhì)量增大量達(dá)到最大，其中TC0試件的質(zhì)量增大量最大可以達(dá)到1.36%，而TC3試件的質(zhì)量增大量最大僅為0.96%；在干濕循環(huán)實(shí)驗(yàn)后期，四種混凝土試件的質(zhì)量均逐漸減小，當(dāng)干濕循環(huán)次數(shù)達(dá)到180次時(shí)，TC0試件的質(zhì)量損失率最大可以達(dá)到3.15%，而TC3試件的質(zhì)量損失率最大僅為1.45%。這說(shuō)明摻入納米SiO2后混凝土試件的抗硫酸鹽侵蝕能力有所增大，且隨著納米SiO2摻量的不斷增大，試件的質(zhì)量損失率逐漸降低，表明硫酸鹽干濕循環(huán)對(duì)試件的破壞程度逐漸降低。

圖1 不同納米SiO2摻量對(duì)混凝土質(zhì)量損失率的影響Fig.1 Effect of different nano-SiO2 content on concrete quality loss rate

2.1.2 相對(duì)動(dòng)彈性模量

圖2為不同納米SiO2摻量的混凝土試件經(jīng)過(guò)不同干濕循環(huán)實(shí)驗(yàn)周期后的相對(duì)動(dòng)彈性模量變化情況，由圖2結(jié)果可以看出，隨著干濕循環(huán)實(shí)驗(yàn)次數(shù)的增大，不同混凝土試件的相對(duì)動(dòng)彈性模量均呈現(xiàn)出“先增大后減小”的趨勢(shì)。大約經(jīng)過(guò)60次的循環(huán)實(shí)驗(yàn)后混凝土試件的動(dòng)彈性模量達(dá)到最大，此后隨著干濕循環(huán)實(shí)驗(yàn)次數(shù)的增大，動(dòng)彈性模量逐漸減小，當(dāng)干濕循環(huán)次數(shù)達(dá)到180次時(shí)，TC0試件的相對(duì)動(dòng)彈性模量?jī)H為59.5%，而TC3試件的相對(duì)動(dòng)彈性模量則仍可以達(dá)到86.2%，比TC0試件提高了26.7%。與2.1.1節(jié)中的實(shí)驗(yàn)結(jié)果相似，這說(shuō)明摻入納米SiO2后混凝土試件的抗硫酸鹽侵蝕能力有所增大，并且納米SiO2的摻量越大，混凝土試件相同干濕循環(huán)次數(shù)對(duì)應(yīng)的相對(duì)動(dòng)彈性模量就越大。

圖2 不同納米SiO2摻量對(duì)混凝土相對(duì)動(dòng)彈性模量的影響Fig.2 Effect of different nano-SiO2 content on relative dynamic elastic modulus of concrete

2.1.3 抗壓強(qiáng)度耐蝕系數(shù)

圖3為不同納米SiO2摻量的混凝土試件經(jīng)過(guò)不同干濕循環(huán)實(shí)驗(yàn)周期后的抗壓強(qiáng)度耐蝕系數(shù)變化情況，由圖3結(jié)果可以看出，與相對(duì)動(dòng)彈性模量的實(shí)驗(yàn)結(jié)果趨勢(shì)相似，隨著干濕循環(huán)實(shí)驗(yàn)次數(shù)的增大，不同混凝土試件的抗壓強(qiáng)度耐蝕系數(shù)同樣呈現(xiàn)出“先增大后減小”的趨勢(shì)。當(dāng)干濕循環(huán)次數(shù)達(dá)到180次時(shí)，TC0試件的抗壓強(qiáng)度僅為初始值的0.518倍，強(qiáng)度損失率較大，而隨著混凝土試件中納米SiO2摻量的不斷增大，抗壓強(qiáng)度耐蝕系數(shù)逐漸增大，其中TC3試件在180次干濕循環(huán)實(shí)驗(yàn)后的抗壓強(qiáng)度仍可以達(dá)到初始值的0.751倍，與空白試件TC0相比提高了30%以上，抗壓強(qiáng)度損失率較小。這說(shuō)明納米SiO2的摻入可以有效提高混凝土試件的抗壓強(qiáng)度，進(jìn)而提高了混凝土抗硫酸鹽侵蝕的能力。

圖3 不同納米SiO2摻量對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度耐蝕系數(shù)的影響Fig.3 Effect of different nano SiO2 content on the corrosion resistance coefficient of concrete compressive strength

綜合以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，納米SiO2的加入能夠有效降低混凝土試件的質(zhì)量損失率，提高混凝土試件的相對(duì)動(dòng)彈性模量和抗壓強(qiáng)度耐蝕系數(shù)，從而有效提高混凝土在硫酸鹽類結(jié)晶環(huán)境下的抗侵蝕能力，并且納米SiO2的加量越大，效果相對(duì)越好。主要原因在于：一方面納米SiO2具有較強(qiáng)的火山灰活性和較大的比表面積，其可以為水泥水化產(chǎn)物提供結(jié)晶附著點(diǎn)，并能與水泥水化產(chǎn)物發(fā)生反應(yīng)生成凝膠類物質(zhì)，增強(qiáng)了混凝土的界面強(qiáng)度，提升了其力學(xué)性能；另一方面納米SiO2的粒徑較小，能夠有效填充在混凝土內(nèi)部的納米級(jí)孔隙中，提高混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)的密實(shí)性，進(jìn)而提高其抗壓強(qiáng)度。因此，在混凝土膠凝材料中摻入適量的納米SiO2能夠有效提高混凝土在硫酸鹽干濕循環(huán)條件下的抗侵蝕能力。

2.2 引氣劑與納米SiO2復(fù)摻對(duì)混凝土抗侵蝕能力的影響

由2.1節(jié)中的實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，納米SiO2的摻量越大，對(duì)提高混凝土在硫酸鹽干濕循環(huán)條件下的抗侵蝕能力效果越好，但納米SiO2的摻量過(guò)大會(huì)影響混凝土的工作性能，因此，選擇納米SiO2的摻量為20 kg/m3，評(píng)價(jià)了引氣劑GEM加量對(duì)混凝土侵蝕能力的影響。

2.2.1 質(zhì)量損失率及試件外觀

圖4為摻入不同加量的引氣劑GEM后混凝土試件經(jīng)過(guò)不同干濕循環(huán)實(shí)驗(yàn)周期后的質(zhì)量變化情況，由圖4結(jié)果可以看出，不同混凝土試件的質(zhì)量損失率均隨著干濕循環(huán)實(shí)驗(yàn)次數(shù)的增大而呈現(xiàn)出“先減小后增大”的趨勢(shì)，當(dāng)干濕循環(huán)次數(shù)達(dá)到180次時(shí)，加入引氣劑后混凝土試件的質(zhì)量損失率與未加引氣劑的混凝土試件TC3相比均有所降低，并且隨著引氣劑加量的增大，最終質(zhì)量損失率呈現(xiàn)出“先減小后增大”的趨勢(shì)，即說(shuō)明引氣劑的加量并不是越大越好，存在一個(gè)最佳濃度使混凝土的質(zhì)量損失率達(dá)到最小。當(dāng)引氣劑GEM加量為0.05 kg/m3時(shí)混凝土試件TC6的質(zhì)量損失率最小，僅為0.26%，明顯低于未加引氣劑的混凝土試件TC3的1.45%。這說(shuō)明引氣劑的加入能夠有效降低混凝土試件在硫酸鹽干濕循環(huán)條件下的質(zhì)量損失率，提高其抗硫酸鹽侵蝕的能力。

圖4 不同引氣劑加量對(duì)混凝土質(zhì)量損失率的影響Fig.4 Influence of different amount of air entraining agent on concrete quality loss rate

圖5為空白試件TC0、加入納米SiO2的試件TC3以及加入引氣劑GEM和納米SiO2的試件TC6在硫酸鹽干濕循環(huán)180次后的外觀。由圖5結(jié)果可以看出，空白試件TC0表面呈疏松多孔狀，出現(xiàn)較深的蝕坑，骨料外漏，腐蝕非常明顯；而試件TC3表面雖然仍有部分肉眼可見(jiàn)的點(diǎn)狀腐蝕坑，且出現(xiàn)了少量白色粉末狀的鹽結(jié)晶，但其整體骨架未見(jiàn)明顯剝落，強(qiáng)度未見(jiàn)明顯降低；試件TC6表面未見(jiàn)明顯的損傷破壞痕跡，且未發(fā)現(xiàn)明顯的鹽結(jié)晶現(xiàn)象，試件外觀表現(xiàn)比較致密。這說(shuō)明納米SiO2和引氣劑GEM的加入能有效改善混凝土試件的抗硫酸鹽干濕循環(huán)侵蝕的性能。

圖5 干濕循環(huán)180次后混凝土試件外觀Fig.5 Appearance of concrete specimen after 180 cycles of drying and wetting

2.2.2 相對(duì)動(dòng)彈性模量

圖6為摻入不同加量的引氣劑GEM后混凝土試件經(jīng)過(guò)不同干濕循環(huán)實(shí)驗(yàn)周期后的相對(duì)動(dòng)彈性模量變化情況，由圖6結(jié)果可以看出，不同混凝土試件的相對(duì)動(dòng)彈性模量均隨著干濕循環(huán)實(shí)驗(yàn)次數(shù)的增大而呈現(xiàn)出“先增大后減小”的趨勢(shì)，當(dāng)干濕循環(huán)次數(shù)達(dá)到180次時(shí)，加入引氣劑后混凝土試件的相對(duì)動(dòng)彈性模量與未加引氣劑的混凝土試件TC3相比均有所增大，并且隨著引氣劑加量的增大，試件的相對(duì)動(dòng)彈性模量均呈現(xiàn)出“先增大后減小”的趨勢(shì)，同樣說(shuō)明引氣劑的加量并不是越大越好，存在一個(gè)最佳濃度使混凝土的相對(duì)動(dòng)彈性模量達(dá)到最大。在干濕循環(huán)180次的條件下，當(dāng)引氣劑GEM加量為0.05 kg/m3時(shí)混凝土試件TC6的相對(duì)動(dòng)彈性模量最大，可以達(dá)到95.9%，與未加引氣劑時(shí)混凝土試件TC3的86.2%相比提高了將近10%。這說(shuō)明引氣劑的加入能夠有提高混凝土試件在硫酸鹽干濕循環(huán)條件下的相對(duì)動(dòng)彈性模量，進(jìn)而提高其抗硫酸鹽侵蝕的能力。

圖6 不同引氣劑加量對(duì)混凝土相對(duì)動(dòng)彈性模量的影響Fig.6 Influence of different amount of air entraining agent on relative dynamic elastic modulus of concrete

2.2.3 抗壓強(qiáng)度耐蝕系數(shù)

圖7為摻入不同加量的引氣劑GEM后混凝土試件經(jīng)過(guò)不同干濕循環(huán)實(shí)驗(yàn)周期后的抗壓強(qiáng)度耐蝕系數(shù)變化情況，由圖7結(jié)果可以看出，不同混凝土試件的抗壓強(qiáng)度耐蝕系數(shù)均隨著干濕循環(huán)實(shí)驗(yàn)次數(shù)的增大而呈現(xiàn)出“先增大后減小”的趨勢(shì)，當(dāng)干濕循環(huán)次數(shù)達(dá)到180次時(shí)，加入引氣劑后混凝土試件的抗壓強(qiáng)度耐蝕系數(shù)與未加引氣劑的混凝土試件TC3相比均有所增大，并且隨著引氣劑加量的增大，試件的抗壓強(qiáng)度耐蝕系數(shù)均呈現(xiàn)出“先增大后減小”的趨勢(shì)，與質(zhì)量損失率和相對(duì)動(dòng)彈性模量的實(shí)驗(yàn)結(jié)果相似，存在一個(gè)最佳濃度使混凝土的抗壓強(qiáng)度耐蝕系數(shù)達(dá)到最大。在干濕循環(huán)180次的條件下，當(dāng)引氣劑GEM加量為0.05 kg/m3時(shí)混凝土試件TC6的抗壓強(qiáng)度耐蝕系數(shù)最大，可以達(dá)到0.919，與未加引氣劑時(shí)混凝土試件TC3的0.751相比提高了20%以上。這說(shuō)明引氣劑的加入能夠有效提高混凝土試件在硫酸鹽干濕循環(huán)條件下的抗壓強(qiáng)度耐蝕系數(shù)，使其能夠保持較高的抗壓強(qiáng)度。

圖7 不同引氣劑加量對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度耐蝕系數(shù)的影響Fig.7 Influence of different amount of air entraining agent on corrosion resistance coefficient of concrete compressive strength

綜合以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，引氣劑的加入能夠有效降低混凝土試件的質(zhì)量損失率，提高混凝土試件的相對(duì)動(dòng)彈性模量和抗壓強(qiáng)度耐蝕系數(shù)，從而有效提高混凝土在硫酸鹽類結(jié)晶環(huán)境下的抗侵蝕能力。原因主要在于：一方面，引氣劑的加入能夠使混凝土中產(chǎn)生一定量的均勻、微小以及穩(wěn)定閉合的氣泡，改善了混凝土的和易性，有利于提高混凝土的密實(shí)性，并且微小氣泡能夠改善混凝土中各組分的界面結(jié)構(gòu)，從而有利于提高混凝土的強(qiáng)度；另一方面，引氣劑的加入能夠改善混凝土內(nèi)部的孔徑分布，當(dāng)含氣量和氣泡間距系數(shù)達(dá)到一定程度時(shí)，引入的封閉氣孔可以有效釋放掉部分硫酸鹽類的結(jié)晶壓力，起到良好的卸壓作用，從而降低鹽類結(jié)晶對(duì)混凝土侵蝕損害的程度。

此外，當(dāng)引氣劑加量過(guò)大時(shí)，會(huì)導(dǎo)致混凝土試件中含氣量增大，大氣泡(有害氣泡)數(shù)量增多，且容易導(dǎo)致氣泡分布不均勻，從而使混凝土試件的穩(wěn)定性下降，致使其在硫酸鹽干濕循環(huán)實(shí)驗(yàn)條件下的質(zhì)量損害率增大，相對(duì)動(dòng)彈性模量和抗壓強(qiáng)度耐蝕系數(shù)降低。因此，為了最大限度地提高鐵路混凝土在鹽類結(jié)晶環(huán)境下的抗侵蝕能力，應(yīng)注意控制混凝土中引氣劑的加量。

3 結(jié)論

(1)納米SiO2的加入能夠有效提高鐵路混凝土在硫酸鹽干濕循環(huán)條件下的抗侵蝕能力，隨著納米SiO2加量的不斷增大，干濕循環(huán)180次后，混凝土試件的質(zhì)量損失率逐漸減小，相對(duì)動(dòng)彈性模量和抗壓強(qiáng)度耐蝕系數(shù)逐漸增大。

(2)在加入納米SiO2的情況下，繼續(xù)摻入一定量的引氣劑能使鐵路混凝土的抗硫酸鹽侵蝕能力進(jìn)一步增強(qiáng)。當(dāng)引氣劑GEM加量為0.05 kg/m3時(shí)，混凝土試件在經(jīng)過(guò)180次干濕循環(huán)后的質(zhì)量損失率最小，相對(duì)動(dòng)彈性模量和抗壓強(qiáng)度耐蝕系數(shù)最大。

(3)實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果表明，為了提高鐵路混凝土在鹽類結(jié)晶環(huán)境下的抗侵蝕能力，一方面可以考慮改變摻合料的類型及加量，另一方面也可以通過(guò)加入合適類型及加量的引氣劑來(lái)實(shí)現(xiàn)。