摘要：本文基于前人的研究成果，通过对受硫酸盐腐蚀后现浇混凝土和预制混凝土内部结构变化的对比，以及试验结果分析二者在腐蚀过程中抗压强度和抗压强度耐蚀系数变化特点，验证了现浇混凝土的抗硫酸盐腐蚀性能比比预制混凝土的弱。
关键词：现浇混凝土；预制混凝土；硫酸盐；未腐蚀区；膨胀密实区；裂缝发展区；抗压强度；抗压强度耐蚀系数
1 引言
混凝土桩根据施工方法的可分为灌注桩和预制桩。灌注桩不受长度制约，制作经济，但是混凝土成形前过早接触地下腐蚀介质使期望形成的混凝土受到影响；预制桩经过养护，混凝土达到一定强度后才接触腐蚀介质，同时桩身还可以涂刷防腐蚀涂层，但是设备笨重，费用昂贵，受地质条件影响大。无论是灌注桩还是预制桩，都会由于地下水的硫酸盐腐蚀而造成混凝土结构过早破坏。混凝土结构的耐久性问题是一个亟待解决的问题。本文基于前人的研究成果，通过对受硫酸盐腐蚀后现浇混凝土和预制混凝土内部结构变化的对比，以及试验结果分析二者在腐蚀过程中抗压强度和抗压强度耐蚀系数变化特点，供实际设计和施工参考应用。
2 现浇和预制混凝土受硫酸盐腐蚀后内部结构变化模型
硫酸盐对混凝土的腐蚀主要原因是硫酸根离子通过混凝土的孔隙渗透进入混凝土内部，与水泥水化产物中的某些组分发生化学反应，生成钙矾石和石膏等膨胀性腐蚀产物，从而使混凝土表面产生退化、剥落现象[1]。梁咏宁，袁迎曙[2]通过微观扫面电镜观察到混凝土受硫酸盐腐蚀过程中分别经历了密实的强化过程和裂缝发展的劣化过程。
张敬书，张银华[3]把腐蚀前期强化阶段的混凝土分为未腐蚀区和膨胀密实去区，把腐蚀后期劣化阶段的混凝土分为未腐蚀区、膨胀密实区和裂缝发展区，如图1和图2所示。
可以看出，经过养护的预制混凝土，遇到腐蚀溶液后，通过渗透压进入混凝土表面层，先形成膨胀密实区，然后靠外层部分膨胀密实区由于SO42-继续渗透而发展成裂缝发展区。因为裂缝发展区含硫量比膨胀密实区大，生成的钙矾石的量也比膨胀密实区大，从而产生内应力，导致裂缝的发展。现浇混凝土在硫酸盐溶液环境下，比预制混凝土少了SO42-渗透而产生膨胀密实区的过程，其内部在混凝土硬化的过程中已成为膨胀密实区，SO42-渗透混凝土表层直接形成裂缝发展区。
3 试验
本次试验采用52.5级P•Ⅱ型硅酸盐水泥，粗骨料碎石的粒径为6～15mm，细骨料为中砂，水灰比为0.45，采用全浸泡方式。试验分为三组：第一组是清水拌合混凝土，经过28天标准养护，脱模后浸泡在清水中；第二组是用5g/L的硫酸钠溶液拌合混凝土，试块成型脱模后立即浸泡在5g/L的硫酸钠溶液中；第三组是用清水拌合混凝土，经过28天标准养护，脱模后浸泡在5g/L的硫酸钠溶液中。试验方法见表1。试验龄期为30d、90d、150d、180d、270d、360d。试件采用边长为15cm的混凝土立方体，每小组3块，结果取平均值。于每个试验龄期分别使用SYE-2000型压力试验机测试试件的抗压强度。
从图5可以看出，未受腐蚀的混凝土试块在180天前抗压强度随龄期的增加而增加，180天后抗压强度趋于平稳。预制混凝土受硫酸盐腐蚀后，在180天前抗压强度随龄期的增加而增加，在大约135天前，其抗压强度比未受腐蚀的混凝土试块的大，在180天后，其抗压强度随龄期的增加而降低。这是因为预制混凝土虽然经过标准养护，硬化后内部较密实，但还是存在一定孔隙。SO42-渗透进入预制混凝土表面，从而生成钙矾石等腐蚀产物而填充孔隙，增加混凝土试块的抗压强度。而腐蚀后期，SO42-进一步渗透，生成的钙矾石等腐蚀产物增多，混凝土试块表层的孔隙不足以容纳更多的腐蚀产物，从而产生膨胀应力，产生裂缝，降低抗压强度。用腐蚀溶液拌合的混凝土试块在150天以前，其抗压强度随龄期的增加而增加，而且比其他两组的大得多，150天后，其抗压强度随龄期的增加而降低，270天后，其抗压强度开始比其他两组都低，也就是说其抗压强度降低速率比其他两组都快。
这是因为现浇混凝土用腐蚀溶液拌合，在水泥熟料水化和混凝土硬化的同时，钙矾石等腐蚀产物也生成与混凝土中，形成膨胀密实区，因此腐蚀前期其抗压强度比其他两组都大；而腐蚀后期现浇混凝土在硫酸盐溶液环境下，比预制混凝土少了SO42-渗透而产生膨胀密实区的过程，SO42-渗透混凝土表层直接形成裂缝发展区，因此其抗压强度下降速率比其预制混凝土的快。
从图6可以看出，预制混凝土的抗压强度耐蚀系数在腐蚀开始的时候为1，随龄期的增加而增大，在90天后，随龄期的增加而减少。而现浇混凝土的抗压强度耐蚀系数在腐蚀开始的时候为1.18，这是因为本次试验现浇混凝土用腐蚀溶液拌合，从而使得腐蚀前期其抗压强度比较高，其制作本来就有别于未受腐蚀的混凝土试块。而且现浇混凝土的抗压强度耐蚀系数在整个试验阶段一直在快速下降，270天后比预制混凝土的小，相对来说，预制混凝土的抗压强度耐蚀系数下降速率比较慢。
虽然现浇混凝土的抗压强度和抗压强度耐蚀系数在腐蚀前期比预制混凝土的大，但是腐蚀后期明显反映了前者比后者小，而且前者下降速率大。可以认为，现浇混凝土的抗腐蚀性能比预制混凝土的弱。
5 结论
（1）现浇混凝土的抗压强度和抗压强度耐蚀系数在腐蚀前期比预制混凝土的大，但是腐蚀后期明显反映了前者比后者小，而且前者下降速率大。因此，现浇混凝土的抗硫酸盐腐蚀性能比预制混凝土的弱。
（2）预制混凝土腐蚀前期强化阶段分为未腐蚀区和膨胀密实去区，腐蚀后期劣化阶段分为未腐蚀区、膨胀密实区和裂缝发展区；现浇混凝土腐蚀前期强化阶段却只有膨胀密实区，腐蚀后期劣化阶段分为膨胀密实区和裂缝发展区。两个模型都与试验结果相符。
参考文献：
[1]杜健民，梁咏宁，张风杰.地下结构混凝土硫酸盐腐蚀机理及性能退化[M].北京：中国铁道出版社，2011：11-12.
[2]梁咏宁，袁迎曙.硫酸钠和硫酸镁溶液中混凝土腐蚀破坏的机理[J].硅酸盐学报，2007，35（4）：504-508.
[3]张敬书，张银华，冯立平 等.硫酸盐环境下混凝土抗压强度耐蚀系数研究 [J].建筑材料学报，2014，17（03）：369-377.
[4]黎信棉.新拌和预制混凝土在硫酸盐腐蚀条件下的试验研究[D].兰州大学，2016.
[5]韩宇栋，张君.混凝土抗硫酸盐侵蚀研究评述[J].混凝土，2011，1：52-56.
论文作者:黎焯毅
论文发表刊物:《基层建设》2017年3期
论文发表时间:2017/5/5
标签：混凝土论文; 抗压强度论文; 硫酸盐论文; 密实论文; 现浇论文; 发展区论文; 裂缝论文; 《基层建设》2017年3期论文;