清水混凝土耐腐蚀性能及微观试验分析

戴 倩

(重庆育才工程咨询监理有限公司 重庆 400074)



清水混凝土耐腐蚀性能及微观试验分析

戴 倩

(重庆育才工程咨询监理有限公司 重庆 400074)

高性能清水混凝土具有优良的综合技术特性。但混凝土结构物长期暴露于空气之中，易受到环境中各种有害物质的侵蚀，导致混凝土结构表面风化，保护层碳化、污染，影响混凝土的饰面功能，降低结构的耐久性。本文分析清水混凝土的耐腐蚀性能，基于SEM分析高性能混凝土的微观性能特征。

清水混凝土；耐腐蚀；微观；分析

前言

在我国，高性能清水混凝土已广泛应用在公路工程建设中，它是目前高性能混凝土发展方向之一。其耐腐蚀性能的好坏主要取决于硬化后混凝土的体积稳定性、化学结构、空隙率以及材料本身抵抗化学侵蚀的能力，是多种因素综合作用的结果。

一、清水混凝土的耐腐蚀性能

硬化后的水泥主要是水化硅酸盐类碱性物质，由于表面和内部都有微小通道和孔洞，在酸性物质、水等的侵蚀下，发生物理或化学作用，导致混凝土结构的膨胀、松散、开裂，最终引起劣化。

(一)抗碳化性能

空气中的二氧化碳或其它酸性物质渗透到混凝土毛细孔的Ca(OH)2溶液中，同Ca(OH)2或硅酸盐水化物、硫酸盐水化物发生反应，使PH值降低的现象，即混凝土碳化或中性化。影响混凝土碳化因素很多，主要因素是混凝土的密实度，即抗渗性能，它影响着CO2在混凝土内的扩散速度[1]。

(二)抗风化性能

由于混凝土表面裸露于空气中，水泥石析出的Ca(OH)2与空气中CO2,SO2,H2S溶于水而生成的酸性物质发生反应，生成CaSO4.2H2O或CaSO4.3H2O等导致吸水膨胀而产生破坏作用。这些酸性物质同CaCO3反应生成溶于水的Ca(HCO3)2,Ca(HCO3)2随水流失，对混凝土的表面造成风化，影响混凝上的表面质量，对混凝土的耐久性也产生负面影响。

(三)抗盐析性能

混凝土孔隙中的水含有各种可溶的矿物，如硫酸盐、氯盐等，凭借毛细作用向着混凝土的外露表面集中后蒸发、结晶析出“白霜”涂布在混凝土表面。析出的白色晶体因盐、碱溶液渗透、流动的不确定性而不均匀分布于混凝土的表面，形成花斑和条纹。提高混凝土的密实度，从而提高混凝土表面抗渗性能是抑制“泛白”现象发生的有效途径。

(四)抗污染性能

水泥石析出Ca(OH)2同含硫杂质化合生成CaSO4，CaSO4吸附尘污，当墙面上有水流动时，这些尘污溶于水而随水一起流动到其它部位，并在墙面水分少的部位失水而附着于墙面造成不均匀污染，影响混凝土的表面质量。

(五)干湿交替破坏

水泥浆与许多吸湿性材料一样，当从湿度较小的状态转入湿度较大的状态时，体积就会有所增长。因此混凝土在日晒雨淋的条件下表面层内都将发生一定湿度差，并由此而引起微小的裂缝。长年累月，这种裂缝有可能发展成为一种腐蚀形态。

小结：混凝土的表面抗碳化、抗风化、抗污染和抵御干湿循环破坏性能的主要措施是在混凝土表面涂刷一层透明或半透明的、具有强耐候性、高防水性、低吸附性的涂层，把混凝土同空气隔离开来，如同在混凝土与空气间建立了一道天然屏障，从而可以大大提高混凝土的抗渗性能、抗开裂的能力以及抗风化性能，并有效控制对混凝土表面的污染。另外，改善混凝土的孔隙率和提高密实度也是提高混凝土的耐腐蚀性能的有效途径。

二、混凝土水化及微观试验分析

为了系统研究清水混凝土的结构形成机理以及性能差异机理，采用了SEM的理化分析手段，对不同配合比的清水混凝土的水泥浆体的水化特性、微观结构、孔隙率、密实效果进行讨论和分析。

(一)试样制备

试验选取P1、P2、P3、P4共四组不同配合比的清水混凝土进行试样准备，测试了28天龄期的扫描电镜。

以混凝土配合比中的水泥浆体的配合比例制成水泥净浆试件，到规定龄期时对其进行破碎，取其中部分碎片，并放入无水乙醇中浸泡8小时以上以阻止进一步水化，然后取出、编号放入60℃温度下的烘箱中烘干12小时以上，待完全干燥后再进行扫描电镜试验。

(二)SEM图片分析

试验测试了四组不同配合比试样在28天龄期时的SEM图片每个龄期均展示了两张不同放大倍数的图片。从第一组图片可以看出，P1水泥浆体中存在较多针状纤维状的水化硅酸钙(CSH)凝胶物和针棒状的钙矾石晶体(AFt)，有结晶完整、尺寸较大的氢氧化钙(CH)六角状晶体，同时出现规则与不规则状的CH晶体，凝胶孔结构比较密实。从第二组图片中可以看出，对于掺15%粉煤灰的P2混凝土，粉煤灰颗粒表面已经生成了较多的水化产物Ca(OH)2粉煤灰与水泥凝胶体之间的界面趋于密实，CSH凝胶增多，但仍可见部分没有完全水化的粉煤灰颗粒。掺15%的粉煤灰代替水泥的P2混凝土与P1混凝土相比，相同龄期下粉煤灰颗粒表面发生大量的水化反应，将使水泥石结构更加密实。球形粉煤灰颗粒在水泥石中作为微细填料填充水泥凝胶体的微孔中，减少CH晶体的数量，以提高水泥石的体积稳定性和密实性。从第三组图片中可以清晰的看到，浆体中CSH凝胶明显增多，微结构致密。这说明磨细矿渣就在水化早期就大量吸收Ca(OH)2，并使其不能析出晶体，浆体结构更加致密，这主要是由于生成的大量凝胶产生相互叠加黏结而成。从第四组图片中看到，掺20%矿渣粉的P4水泥浆体中出现大量的CSH凝胶，浆体结构也较为密实。与同龄期的P3混凝土相比，水泥浆体的水化形貌基本相同，但P4的凝胶发展的程度明显较快些。

三、结论

掺粉煤灰、磨细矿渣粉的清水混凝土具有较高耐腐蚀性，主要原因在于：

(一)水泥石中凝胶相的增多

用纯水泥所配制混凝土的水泥石中，水泥颗粒水化程度有限，而采用磨细矿渣粉等复合胶凝材料体系所配制混凝土的水泥石中，由于矿渣粉和硅灰中大量活性组分参与二次火山灰反应，生成大量C-S-H凝胶，填充到水泥石毛细孔隙内，增加了水泥石的密实度。

(二)C-S-H凝胶体的形貌发生了较大的转变

水泥石中C-S-H凝胶体一般有四种形态：纤维状粒子(Ⅰ型C-S-H凝胶)、网络状粒子(Ⅱ型C-S-H凝胶)、等大粒子或扁平颗粒(Ⅲ型C-S-H凝胶)、内部水化产物(Ⅳ型C-S-H凝胶)[3]。由于高活性的矿物掺合料的火山灰效应以及磨细矿渣粉与大量CH作用，降低了水泥石液相中的碱度，促使所形成的C-S-H凝胶以Ⅰ型(针状)为主。在复合胶凝体系的硬化浆体中，针状胶体穿插在网络状凝胶体中，对整个浆体体系起到了“微纤维配筋”作用，这将对改善硬化体的韧性具有非常有益的影响。

(三)水泥石中CH结晶体数量的大幅度减少

CH片状晶体的强度非常低，在承受较低拉应力时就会破损产生微裂纹。大幅度降低水泥石中CH片状晶体的数量对提高混凝土抗折、抗拉强度有利，有助于改善混凝土的韧性。

[1]姚燕等.高性能混凝土[M].北京:化学工业出版社,2015.

[2]申爱琴.水泥与水泥混凝土[J].北京:人民交通出版社,2014.

戴倩(1974-)，女，汉族，重庆人，重庆育才工程咨询监理有限公司，工程师，专业方向：工程管理。