碾压混凝土渗透溶蚀规律及其机理分析

　　四川建筑科学研宄碾压混凝土渗透溶蚀规律及其机理分析潘玲贾福春2，刘咏梅1（1.武汉水利电力大学化学与环境工程系，湖北武汉430072；2.中国五环化学工程公司，湖北武汉430074）物的种类由碾压混凝土的配合比决定，溶出物（或吸收物）的数量，主要决定于配合比与压九CaO/SiO2摩尔比为1或接近于1，且含足够数量的胶凝材料的碾压混凝土，具有佳的抗渗溶蚀性能当Ca/Si2> 1时，混凝土出现缺硅现象，而Ca/SiO<1时，则出现缺钙现象因此，碾压混凝土中粉煤灰的加入量应满足Ca/Si2摩尔比接近1或稍大于1这一必要条件。无论何种配合比，在水压力为定值时，单位体积混凝土中CaO或SiO2的日均溶蚀量均随时间的延长呈下降趋势，而随压力逐渐升高呈上升趋势。

　　1前言从目前已建的碾压混凝土工程来看，大多数工程采用粉煤灰作为碾压混凝土的掺合料。实践证明，掺用粉煤灰是一种既可填充碾压混凝土骨料空隙、改善和易性、提高后期强度，又可降低水化热减少温升、避免因温升过高而产生裂缝的可行措施同时，由于粉煤灰与水泥的一次水化产物Ca（OH）2发生二次水化反应，使得碾压混凝土中的Ca（OH）2含量要比常态混凝土少得多。人们担心，由于Ca（OH）2缺乏，水化产物的稳定性会受到影响。因而，当碾压混凝土遭受压力水渗透并由此造成的溶出性侵蚀，是否会影响到碾压混凝土的耐久性，成为人们十分关心问题为此，我们进行了不同配合比的渗透溶蚀试验，并对渗透液进行了全面的化学成份分析，获得了碾压混凝土渗透溶蚀的一些规律，并对其进行了分析。

　　2碾压混凝土渗透溶蚀试验2.1试验原材料水泥：柳州525号普通硅酸盐水泥；粉煤灰：广西田东电厂收尘灰，级，高钙灰，CaO含量骨料：石灰岩人工砂及矿石，级配良好；外加剂：湛江外加剂厂生产FDN-M500（R）；水：模拟天然水。

　　2.2试验配合比为说明问题方便，试验选用3个配合比，如表1所示2.3试验方法将碾压混凝土成型抗渗试件，试件厚度150mm，试件养护到一定龄期后，装入经改装的抗渗仪中，试件与试模间用防水材料密封，压力水仅作用于试件上表面。当在某一固定水压下渗流相对稳定时，可定时测量透过混凝土试件的渗水量，并对其进行化学成份分析，测定渗透水的pH，电导率，Ca2+，SiO2-，SiO2-，Cl：，O，Na+，K+，Al+，Fe2+，CO3-等离子。电导率用DDS-11A型电导率仪来测定；pH用玻璃电极来测定；O片，CO2-，Clr，「用容量法来测定；SO3-，SiO2-，SiO2，AP用分光光度法来测定；Na+用钠电极来测定；於用原子吸收法来测定。试验结果见，2，3，4，5 3试验结果分析3.1渗水量与配合比3个配合比混凝土渗水量随时间的变化规律见从教学工作图中明显看出，配合比3曲线位置低，且随时间延长，渗透水量呈下降趋势；配合比2曲线位置高，渗透水量大；配合比1曲线介于两者之间。因此，配合比3抗渗性好。3个配合比龄期为90d，水压为2.8MPa些物质溶解度很大，一开始溶出多，后来就很少，所以，pH开始在12以上，14d之后只有11左右。配合比3曲线介于两者之间，因水泥用量也介于2配合比之间为使凝胶产物稳定存在，配合比3较合适l出3.2渗透水的pH与配合比3个配合比混凝土渗透水的pH随时间的变化规律见配合比1曲线位置高，前4d渗透水pH达13以上，当渗透13d后，还保持12.5以上这与KOH，NaOH，Ca（OH）2溶出量较高密切相关，此配合比水泥加得多，CaO含量高，当水渗入时，可溶性物质均可能溶出，在混凝土孔隙液中彼此反应，CaO大大过量，而随水带出，随时间的延长，CaO含量渐少，溶出量也减少。因此，pH呈缓慢下降趋势，配合比2曲线位置低，相对来说，水泥用量少，CaO少，渗透液中基本上无Ca（OH）2溶出。因此，pH主要由混28MPa下CaO，Si2日均溶出量随时间的变化3.3渗透水的电导率与配合比3个配合比渗透水的电导率与时间的关系曲线见电导率与pH密切相关，由于混凝土渗透水均显碱性，而Off离子电导率相对来说较大，所以pH高，电导大，这样电导率与时间关系和pH与时间之关系类似由于渗透水样在量取、测定过程中受空气干扰较大，因此，给pH，电导率，0片，CO3-的测定带来影响，不易测准，但对探讨其变化规律影响不大3.4混凝土溶出物的种类与配合比混凝土中溶出物的种类一般与组成混凝土材料的性质、配合比、外加剂等因素有关混凝土中凡能溶于水的物质均有可能随渗透过程的进行而溶出。一些易溶于水的碱性氧化物如Na2，K2，Ca0等，当水渗入时，很快转变成NaOH，K0H，Ca（0H）2等。还有一些可溶性盐类，如氯化物（NaCl，KCl，CaCU等）硫酸盐（Na2S4，K2SO4等）碳酸盐（Na2C3，K2⑶3等）、硅酸盐（Na2Si3）也可以溶出。但由渗透水的化学成分分析数据可知，3个配合比混凝土的溶出物种类不完全相同。

　　溶出，即Na0H，K0H，Ca（0H）2等碱溶出。Cl-没有溶出相反从水中吸收SiOt，SiO4-在开始渗透24h内少量溶出，而后是吸收的。因此，该配合比可以说24h以后没有硅酸盐、硫酸盐、氯化物溶出。

　　出，Ca2+吸收，即易溶性盐类溶出，而无Ca（OH）2溶出，相反从水中吸收Wishing配合比3溶出种类f本与配合比2：类似，但（下转第50页）物（或吸收物）的数量是不同的。

　　从以上分析可知，混凝土在渗透过程中，溶出物（或吸收物）的种类由配合比决定，即与原材料的性质及数量有关，而与渗透压力高低无关。

　　3.5压力对Si2，CaO溶出量的影响说明了压力对3个配合比CaO，Si2的溶蚀（或吸收）量的影响。

　　曲线1和1分别表示配合比1CaO的溶出量和Si2吸收量与压力之关系压力较低时，CaO随压力的升高溶出量急剧下降，但压力增至2.4MPa时，有上升趋势一开始SiO2溶出而后从水中吸收，但由于水中可溶性硅含量很小，因此，吸收量也很小，与压力关系不大曲线2和分别表示配合比2SiO2溶出量和CaO吸收量与压力之关系曲线3和3分分别表示配合比3SiO2溶出量和CaO吸收量与压力之关系配合比2，3SiO2的溶出量在压力较低时（1.2~ 2.0MPa），随压力升高，变化非常缓慢，当压力加至2.4MPa后，随压力的升高，溶出量增加趋势变快，这对配合比2尤其明显。但配合比3SiOz溶出量比配合比2小得多，CaO的吸收量也是压力低于2.0MPa时，随压力的升高变化不十分明显而压力高于2.0MPa，配合比2随压力的升高，吸收量急剧上升，配合比3比配合比2的变化缓慢得多，且溶出Si2和吸收CaO的量也小得多。

　　8MPa下，3个配合比的CaO，SiO2曰均溶出量或吸收量与渗透时间的关系3个配合比CaO或Si2的日均溶出量或吸收量先随时间延长急速下降，而后缓慢上升或下降呈波浪式变化但配合比3CaO的吸收量和SiO2的溶出量比配合比2小得多4碾压混凝土溶蚀机理分析碾压混凝土和常态混凝土一样，是一种多孔的高分散系统从热力学角度看，它是一种高能量系统，极不稳定，因此，必然有自发趋向于稳定状况的物理、化学变化发生当压力水渗透时，水通过孔隙润湿、渗透混凝土，并将混凝土内部一些能溶于水的物质按溶解度大小次序先后溶解出来（物理过程）；同时，水又能和混凝土中的未水化水泥颗粒发生水化反应，生成水化产物，其中Ca（OH）2可与粉煤灰中的活性SiO2发生两次水化反应；此外，溶于水中的物质互相反应，产生一些沉淀物，如CaSiO3，CaSO4等。这些水化产物、沉淀物及水中带来的胶状物质均能被混凝土内部的各种孔隙界面所吸附，从而使微孔堵塞，大孔变小孔，小孔变微孔，使混凝土内界面减小，能量降低，即混凝土变得越来越密实、稳定。这对混凝土的抗耐久性是有利的。但是，当混凝土中起胶凝作用的主要成分CaO，S2溶出时必将对混凝土的渗透耐久性不利。特别是压力较高时，由于微小孔隙中的渗透液（溶解物质浓度大）也可以渗出，使得溶出量增大，这对碾压混凝土的抗渗透耐久性不利，这是矛盾的两个方面。如果是前者占主导作用，则混凝土应变得越来越密实，表现在中低压段，随压力升高溶出量（或吸收量）变小；如果是后者占主导作用则溶出量增加，如中高压段对配合比2，3在一定压力下，我们看到在渗透初期同一配合比其溶出量大，则吸收量也大。这主要是渗透初期溶液中SiO2-浓度大，需要和大量Ca2反应（反应速度快）而天然水中可以提供一定量的Ca随着时间的延长，渗透液中SiO3-浓度下降，吸收Ca2的量也随之下降（反应速度慢）同时，反应产物吸附在孔隙中使混凝土密实、渗水量减小，溶出量也越来越小（假设天然水中无其它浸蚀性离子存在）为什么配合比1中主要溶出Ca（OH）2，而无其它易溶性盐类溶出，相反吸收水中的SiO3-，而配合比2，3中恰好与配合比1相反，主要溶出SiO2-，而吸收Ca（OH）2呢，由于混凝土孔隙溶液中发生着水化反应、沉淀反应或离子交换反应，例如：2.1，CaO含量高，xCaOSiOq中x大于1，由于水化产物溶解的不一致性，x值越大，Ca2+孔隙液中浓度就越大，胶核（水化产物）吸附Ca>越多。当低Ca2+水渗入时，由于浓度扩散，使Ca2进入渗透水，与配合比1相反，计算出的CaO/SiO2<1孔隙液中Ca2少，而SO3+浓度较大，胶核表面吸附SiO2-，当低硅水渗入时，由于浓差扩散而使SO2-进入渗透水而溶出，Ca2从水中吸收综上所述，碾压混凝土的溶蚀规律如下：溶出物的种类决定于碾压混凝土的配合比，与渗透压力无关。配合比1（CaO/SO2>1）富钙缺硅，溶出钙，吸收硅由于天然水中可溶性硅含量低，因此，此配合比的压力水长期渗透中胶凝材料的主要成分被溶蚀，对抗渗透耐久性不堕配合比2（CaO/SiO2=0.82）富硅缺钙，溶出硅，吸收钙。

　　若天然水中含一定量钙，胶凝材料总溶出量不显著，否则与配合比1类似配合比3（CaO/SiO2=0.97）接近于1，极大多数实验数据点硅溶出，钙吸收，但其溶出及吸收量均比2小得多，抗渗透耐久性好。

　　3个配合比主要溶出物（或吸收物）的数量随压力的升高而增加，在同一压力下，随渗透时间的延长开始下降较快，而后缓慢地呈波浪式下降。

　　在同一压力下、同一渗透时间内，日均溶出量配合比3小，抗渗透耐久性好。