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閱讀 5545 次混凝土抗硫酸鹽類侵蝕防腐劑的開發試驗研究

摘要：本文簡述了混凝土防腐劑的應用范圍和前景，選擇了四種材料做為防腐劑的原材料進行了試驗研究，成功開發了一種混凝土抗硫酸鹽類侵蝕防腐劑，滿足相關標準上的技術要求。...

混凝土抗硫酸鹽類侵蝕防腐劑的開發試驗研究

陳社生黃興亮王寶卿

(陜西省建筑科學研究院 710082)

前言

防止鋼筋混凝土結構腐蝕是當前世界性的問題。我國地域遼闊，自然環境及地質情況復雜，常常遇到地表水、地下水和土壤中含有大量的侵蝕物質。海水及鹽漬地區地下水對混凝土的侵蝕，使混凝土的使用年限大大縮短。沿海各港口建成使用后，由于海水的侵蝕, 海工混凝土都不同程度遭到破壞，不得不進行大修；一些鹽漬地區的地下混凝土管道，侵蝕更為嚴重，使用數年便侵蝕崩潰，由此造成的經濟損失十分巨大；在沿海及內陸鹽堿地區的許多國家及省市重點工程中，均遇到上述的混凝土防腐蝕問題。提高混凝土抗腐蝕性能的途徑很多，最常用的方法是采用抗硫酸鹽水泥和在混凝土表面涂覆防腐涂層。但這些方法都存在著一定的局限性，且工程造價高，工藝復雜，耐腐蝕時間短。

對于混凝土抗硫酸鹽類侵蝕防腐劑的研制，我們不但要考慮到其對混凝土強度，施工性能及耐久性能以外還要考慮其經濟性，這就提出了如何優選和就地取材來選用原材料，配制出符合要求的防腐劑。我們課題組針對防腐劑的防腐原理，優選原材料，使其具有優良的性能和合理的價格，以便能夠在建設中推廣應用。選用合適的原材料，通過添加高性能的外加劑，達到提高防腐性，保證耐久性，降低生產成本，是本文要解決的主要問題。

1、研究目標及技術路線

根據防腐劑的防腐原理及混凝土產生腐蝕的機理。主要通過兩個方面尋求技術上的創新和突破。

1.1防止硫酸鹽等的腐蝕

在我國有很多鹽田，鹽漬土地區，含有大量的硫酸鹽,對混凝土和鋼筋有強烈的腐蝕作用,嚴重影響著建筑物的壽命。

1.2 堿-骨料反應抑制

混凝土的堿-骨料反應是由于混凝土中所含的（Na₂O及K₂O）與骨料中的活性成分，經過長期的物理化學作用而引起混凝土的膨脹，使混凝土產生膨脹應力，導致混凝土的表面形成無規則的開裂，最終損失強度，直至破壞。

堿-骨料反應抑制劑是一種能減少堿-骨料反應引起的膨脹或是抑制堿-骨料反應發生的外加劑。

根據以上信息，我們主要根據其防腐性質，從幾種不同類型的物質中選擇一些作為防腐劑的有效成分進行試驗，并根據試驗結果，進行優選，最終確定防腐劑的基本配方。

2、確定產品配方

2.1確定一個砂漿配合比進行對比試驗，確定基本配方。

我們課題組經過查閱大量資料和各種相關標準，最終確定了防腐劑的初步配方選用四種原材料，A、B、C、D，其中A和D我們根據資料和相關標準中關于其在混凝土中用量的規定，采用了一個定量，B采用了2個變量，C做為填充料根據B的變化而增減，分別做出了2種基本配方：AB₁C₁D、AB₂C₂D，我們以這2種配方為基本配方進行砂漿試驗，分別做出試件6組，根據其他資料上顯示的方法進行試驗：將試件1d拆模后放入水中28d后，將其中的2、4、6組放入水中，1、3、5組放入10%Na₂SO₄至7d、28d、56d，測其抗折及抗壓強度，經過試驗我們從技術性和經濟性分析，決定采用第2種配方為產品的基本配方進行下一步試驗。

2.2防腐劑性能試驗

2.2.1 抗硫酸鹽侵蝕試驗

在進行防腐劑抗硫酸鹽侵蝕的研究工作中，我們主要根據相關的行業標準JC/T1011-2006進行試驗，根據標準JC/T1011-2006要求，配制抗硫酸鹽類侵蝕防腐劑的性能指標如下：

項目			指標	實測值
化學成分	氧化鎂/%		≤5.0	2.0
化學成分	氯離子/%		≤0.05	0.01
物理性能	比表面積/（m²/kg）		≥300	340
	凝結時間	初凝/min	≥45	120
	凝結時間	終凝/h	≤10	3.5
	抗壓強度比/%	7d	≥90	115
	抗壓強度比/%	28d	≥100	122
	膨脹率/%	1d	≥0.05	0.16
	膨脹率/%	28d	≤0.60	0.35
抗侵蝕性	抗蝕系數（K^、）		≥0.85	0.92
抗侵蝕性	膨脹系數（E^、）		≤1.50	1.24

部分試驗過程如下：

2.2.2 抗壓強度試驗

在抗壓強度試驗中，基準砂漿和受檢砂漿強度按國標GB/T17671-1999進行，我們的砂漿配比和強度如下:

砂漿配合比：

材料	基準砂漿	受檢砂漿
水泥/g	450	396
抗硫酸鹽侵蝕防腐劑/g	/	54
標準砂/g	1350	1350
拌和水/g	225	185
備注	防腐劑摻量為12%

強度如下：

齡期	抗壓強度（MPa）		抗壓強度比%
齡期	基準砂漿	受檢砂漿	抗壓強度比%
R7	36.7	42.2	115
R28	39.8	48.6	122
R56	44.9	56.6	126

2.2.3 抗侵蝕性試驗

抗侵蝕系數按國家標準GB2420-1981進行試驗。

水泥與標準砂的重量比為1：2.5，水灰比固定為0.5。成型脫模后的試塊放入50℃水中養護7天，取出分成二組，一組9塊放入20℃水中養護，一組9塊放入10%Na₂SO₄溶液中浸泡。試塊經20℃水中養護和在10%Na₂SO₄溶液中浸泡28天后，進行抗折試驗，其抗折強度如下：

編號		1	2	3	4	5	6	7	8	9	平均強度
抗折強度 (MPa)	水中養護	8.8	8.4	8.8	7.8	7.9	8.6	8.0	8.3	8.1	8.3
抗折強度 (MPa)	10%Na₂SO₄溶液中浸泡	7.1	8.1	7.4	7.9	7.2	7.7	7.6	8.2	7.3	7.6

抗折系數為：K=R_液/R_水=7.6/8.3=0.92

依據標準：混凝土抗硫酸鹽類侵蝕防腐劑（JC/T1011-2006）中K=0.92≥0.85判定摻加防腐劑的混凝土在10%Na₂SO₄溶液中具有抗蝕性。

2.2.4 膨脹系數

膨脹系數試驗按JC/T313-1996進行試驗。按標準要求做兩板試驗，每板3條，脫模時間按鐘凝后2h±30min脫模，將釘頭擦干凈立即測量試件的初始長度值，初始長度值測定后放入淡水中養護，其中3條試件在淡水中養護35天時測定其淡水中的膨脹值，另3條試件在淡水中養護7天后放入10%Na₂SO₄溶液中浸泡28天時測定其侵蝕膨脹值。具體數據如下：

編號	初始長度 (mm)	齡期長度（淡水中養護35d(mm)	齡期長度（淡水中養護7d， 10%Na₂SO₄溶液中浸泡28d(mm)	L₂-L₁ (mm)	平均值
1	160.059	160.109	/	0.050	0.049
2	160.065	160.118	/	0.053
3	160.014	160.059	/	0.045
4	160.031	/	160.096	0.065	0.061
5	160.049	/	160.108	0.059
6	160.041	/	160.100	0.059

根據上面數據，可知在淡水中養護35d膨脹率為0.049（mm）, 淡水中養護7d，10%Na₂SO₄溶液中浸泡28d)膨脹率為0.061 (mm)，其膨脹系數為：E=0.061/0.049=1.24＜1.5,根據標準：混凝土抗硫酸鹽類侵蝕防腐劑（JC/T1011-2006）可以判定摻加防腐劑的混凝土在10%Na₂SO₄溶液中具有抗蝕性。

2.2.5 堿-骨料反應抑制試驗

在堿-骨料反應抑制試驗中，我們通過查閱大量資料，在對各種試驗方法對比的基礎上采用了檢測摻加防腐劑的砂漿的堿活性試驗，其基準砂漿和受檢砂漿配比同3.1.1中的砂漿配比，堿活性試驗數據如下：

名稱	L₀（mm）	L₁（mm）	△L（%）	∑_△_L/₆%
基準砂漿	47.777	47.823	0.132	0.09
	48.076	48.096	0.059
	48.271	48.304	0.094
	48.205	48.226	0.061
	48.719	48.773	0.155
	48.813	48.827	0.040
受檢砂漿	45.432	45.444	0.034	0.05
	45.662	45.669	0.019
	45.194	45.217	0.065
	45.467	45.464	/
	45.995	46.028	0.096
	46.233	46.250	0.047