邢志水，平若霏

（1.中水北方勘測設計研究有限責任公司,天津 300222；2.中國農業(yè)銀行客戶服務中心,天津300000）

0 引言

內部硫酸鹽侵蝕是來自混凝土內部的硫酸鹽（含石膏的骨料、鈣礬石熱分解或C-S-H表面吸附的硫酸鹽）造成的硫酸鹽侵蝕。在室溫條件下，混凝土原材料中硫酸鹽或能轉化成硫酸鹽的硫化物含量過高時，可能引發(fā)內部硫酸鹽侵蝕，可能引入硫酸鹽或硫化物的原材料有水泥、骨料和拌和水等。本文選用某工程現場采集的含石膏白云巖，經破碎成細骨料，成型砂漿試件，試驗研究不同養(yǎng)護條件對砂漿試件膨脹率的影響，并對類似工程中就地取材巖石的應用提出建議。

1 試驗材料與方法

1.1 試驗材料

1.1.1 水泥熟料

選用蕪湖海螺水泥有限公司生產的水泥熟料，C3A含量為10.38%，經球磨機粉磨至比表面積為370 cm2/g。水泥熟料化學成分見表1。

1.1.2 含石膏白云巖骨料

我國某隧道工程在施工過程中，開挖山體，揭示出含石膏巖石，巖石斷面可見清晰的白色石膏富集區(qū)。

取含石膏巖石研磨，進行化學分析，結果顯示：巖石SO3含量為24.16%，巖石X-射線衍射分析結果見圖1，巖石主要礦物組成為石膏和白云石。本文將此種巖石命名為含石膏白云巖，以此種巖石破碎而成的骨料為含石膏白云巖骨料。

圖1 含石膏白云巖的XRD譜圖

將從該隧道工程現場取來的含石膏白云巖石塊用顎式破碎機破碎成細骨料。細骨料依據GB/T 14684-2011《建筑用砂》標準進行篩分，成型砂漿選用粒徑小于1.18 mm的各級細骨料，見表2。

表1 水泥熟料的化學成分（wt./%）

1.1.3 水

選用實驗室自來水。

1.2 試驗方法

砂漿配合比為 C∶S∶W=600∶1 650∶360，W/C=0.6。依據GDIT 749-2008《水泥抗硫酸鹽侵蝕試驗方法》標準成型四組砂漿試件，試件尺寸為10 mm×10 mm×60 mm。砂漿成型24 h后拆模，所有試件實驗室自然養(yǎng)護28 d后，一組繼續(xù)在20℃下自然養(yǎng)護，一組轉入5%的Na2SO4溶液中密封養(yǎng)護，溫度為20℃，兩組轉入在蒸餾水中密封養(yǎng)護，養(yǎng)護溫度分別為20℃和40℃。

2 試驗結果與分析

2.1 溫度和養(yǎng)護方式對含石膏白云巖骨料水泥砂漿膨脹率的影響

圖2是含石膏白云巖骨料砂漿試件不同養(yǎng)護條件下不同齡期的膨脹率。從圖2中可見，自然養(yǎng)護條件下水泥砂漿表現為收縮，早期收縮速率較快，后期趨于平穩(wěn)，300 d收縮率達到0.17%；水養(yǎng)護和溶液養(yǎng)護的水泥砂漿吸水膨脹速率都很快，浸泡2 d就補償了自然養(yǎng)護28 d造成的收縮，并開始產生膨脹；20℃和40℃養(yǎng)護溫度條件下，水泥砂漿膨脹率逐漸增大，早期增長較快，后期趨于平穩(wěn)，300 d膨脹率分別達到0.149%和0.163%；Na2SO4溶液對水泥砂漿膨脹率的在早期影響不明顯，后期影響較大，約180 d后，Na2SO4溶液養(yǎng)護的水泥砂漿的膨脹率超過了40℃水養(yǎng)護的水泥砂漿的膨脹率，300 d膨脹率達到0.236%，且有繼續(xù)膨脹的趨勢。

2.2 水泥砂漿中的礦物組成

圖3為齡期為300 d的含石膏白云巖骨料水泥砂漿粉末XRD譜圖。由圖3可見，除了含石膏白云巖骨料引入的石膏和白云石外，20℃Na2SO4溶液養(yǎng)護、20℃和40℃水養(yǎng)護的砂漿內均生成了鈣礬石，鈣礬石可能是水泥砂漿樣膨脹的主要原因。

表2 砂漿成型所用細骨料顆粒級配

圖2 不同養(yǎng)護條件下砂漿不同齡期的膨脹率

圖3 齡期為300 d的含石膏白云巖骨料水泥砂漿粉末XRD譜圖

3 討論

混凝土內部硫酸鹽侵蝕的發(fā)生需要三個決定因素：微裂紋、后期硫酸鹽的釋放及水的存在。界面過渡區(qū)是混凝土內部的薄弱環(huán)節(jié)，是水介質和離子傳輸的通道。養(yǎng)護水通過界面過渡區(qū)、微裂紋和其他薄弱環(huán)節(jié)滲透到砂漿試件內部，溶解了含石膏白云巖骨料中的石膏，硫酸根與水泥水化產物發(fā)生物理化學反應，在砂漿內生成膨脹型硫酸鹽侵蝕產物鈣礬石，造成砂漿試件膨脹率的發(fā)展。硫酸根與水泥水化產物發(fā)生物理化學反應速率受溫度和硫酸鹽濃度的影響，較高的溫度和濃度加快砂漿試件膨脹率的發(fā)展。選取此類含石膏白云巖石用于混凝土工程，在潮濕環(huán)境下，很可能發(fā)生內部硫酸鹽侵蝕，造成工程破壞。

4 結論

（1）40℃比20℃溫度條件下水養(yǎng)護的水泥砂漿膨脹率發(fā)展相對較快，且在試驗前期差距較明顯，300 d膨脹率分別達到0.163%和0.149%。

（2）20℃ Na2SO4溶液養(yǎng)護比20℃水養(yǎng)護對水泥砂漿膨脹率的影響大。兩種養(yǎng)護方式的砂漿試件，前期膨脹率發(fā)展規(guī)律相似，后期差距較大，大約養(yǎng)護180 d，20℃ Na2SO4溶液養(yǎng)護的砂漿膨脹率超過了40℃水養(yǎng)護的砂漿膨脹率。20℃Na2SO4溶液養(yǎng)護砂漿試件300 d膨脹率達到0.236%。

（3）20℃ Na2SO4溶液養(yǎng)護、20℃和 40℃水養(yǎng)護的砂漿內均生成了鈣礬石，鈣礬石可能是水泥砂漿樣膨脹的主要原因。

（4）含石膏白云巖骨料SO3含量為24.16%，礦物組成主要是石膏和白云巖，巖石斷面可見清晰的石膏富集區(qū)。用于混凝土工程中，在潮濕環(huán)境下，很可能發(fā)生內部硫酸鹽侵蝕，造成工程破壞。