胡 洁

(九江学院土木工程与城市建设学院，江西 九江 332005)

·建筑材料及应用·

地聚物抗硫酸盐侵蚀性能的试验研究

胡 洁

(九江学院土木工程与城市建设学院，江西 九江 332005)

对地聚物和普通硅酸盐水泥的抗硫酸盐侵蚀性能进行了试验研究，通过研究地聚物的抗硫酸盐侵蚀机理，采用干湿循环法，对侵蚀后的产物进行了X射线衍射分析，结果表明：在5%的硫酸钠溶液中，地聚物砂浆主要是由于硫酸钠浸入试块孔隙中盐结晶体积膨胀而破坏。

地聚物，硫酸盐侵蚀，干湿循环，X射线衍射分析

0 引言

我国某些地区的地下水、土壤、工业、海水、废水里含硫酸盐介质，然而经调查表明，一些道路、桥梁、建筑物等，在这类环境中仅使用几年就腐蚀严重，不得不进行修复，因此耐硫酸盐侵蚀性能成为土工程材料耐久性的一个重要指标。

碱激发偏高岭土胶凝材料是20世纪70年代法国科学家Davidovits[1]教授研制的一种新型胶凝材料，并命名为“Geopolymer”，国内学者把它译为“地聚物”，这种材料具有硬化快、力学性能好等特点，但其是否具有优越的耐久性能还需进一步研究。本文以碱激发偏高岭土地聚物为研究对象，普通硅酸盐水泥为对比样，研究其在浓度为5%的Na2SO4溶液中的耐侵蚀性能。

1 材料与方法

1.1 原材料

1)偏高岭土、水泥：化学成分见表1。

2)碱性激发剂：碱性激发剂的模数为1.5，24.08%SiO2，16.59%Na2O和58.12%H2O。

3)试验中用砂为标准砂。

4)水：自来水。

表1 原材料的化学成分 %

1.2 制备试块

1)制作碱性激发剂：提前1 d量取需要的氢氧化钠晶体与水玻璃，而且把氢氧化钠晶体加到水玻璃溶液里，搅拌使其均匀，冷却到室温。

2)遵照GB/T 17671-1999水泥胶砂强度试验方法(ISO方法)里的程序，首先把胶凝材料与水或者碱性激发剂混合搅拌均匀，再将标准砂加入搅拌，随后将砂浆装入到试模中，最后放到振实台上振实，试模的尺寸为40 mm×40 mm×160 mm。

3)前后制备两批胶砂试块，配合比及养护条件见表2。脱模后放入(20±1)℃的水中养护到28 d，供硫酸盐侵蚀试验。

1.3 试验方法

1)目前水泥基材料的抗硫酸盐侵蚀的试验方法主要有现场实验法和实验室加速方法。实验室加速试验方法主要有增大反应面积法、增加侵蚀溶液浓度的方法、干湿循环交替实验法、升高侵蚀溶液温度的方法等。本试验采用干湿循环交替法[2]，硫酸钠溶液浓度是5%。干湿循环制度：烘干8 h+冷却1 h+浸泡15 h，每个循环总计24 h，循环次数分为10次，20次，30次，45次，60次，75次。分开测试浸入水里与5%硫酸钠溶液里试件的抗压强度、抗折强度与质量损失。用同龄期硫酸钠溶液里和水里试件的抗折强度比、抗压强度比值(抗压腐蚀系数kfc)、(抗折腐蚀系数kff)评定标准。

2)将在硫酸钠溶液中干湿循环75次后的砂浆试块表面开裂或剥蚀部分刮下来磨细，用来作XRD分析。

表2 胶砂试块的配比

2 试验结果

2.1 地聚物和普通硅酸盐水泥的抗折腐蚀系数和抗压腐蚀系数

从图1和图2可以看出，对于第一批试验，地聚物的kff(抗折腐蚀系数)和kfc(抗压腐蚀系数)要高于普通硅酸盐水泥。从图3和图4可以看出，第二批试块中，地聚物的kfc(抗压腐蚀系数)和kff(抗折腐蚀系数)要明显低于普通硅酸盐水泥。地聚物砂浆试块循环次数只有5次时已有少量试块出现掉角、边缘开裂的情况；到15次循环后就出现表面发酥情况，抗压强度下降15%；循环30次时破坏已经相当严重，抗压强度下降74%，试块出现大面积剥落情况，手触时即有碎块掉落，质量损失达到27%，因此试验终止(见图5及图6)。

2.2 地聚物的抗硫酸盐腐蚀探讨

对于普通硅酸盐水泥的抗硫酸盐侵蚀机理，国内外学者共识，硫酸盐与水泥水化产物能产生化学反应。硫酸盐溶液和氢氧化钙与水化铝酸钙的化学产物为石膏与水化硫铝酸钙，而生成的产物比原水泥水化产物的体积大几倍，从而在硬化后的混凝土中产生很大的内应力，造成混凝土的破坏。

为了分析地聚物的抗硫酸盐侵蚀机理，取循环75次后的试块表面裂开部分进行磨细分析。分析结果表现出水泥胶砂硫酸盐腐蚀以后的主要产物为硫酸钠、碳酸钙与石膏。碳酸钙为水泥水化产物氢氧化钙与空气中的二氧化碳产生化学反应后的生成物，不会降低水泥石的强度；石膏为氢氧化钙和硫酸钠的反应生成物，石膏晶体的体积变大会引发试块体积膨胀，然而硫酸钠为硫酸盐在水泥石孔隙里的结晶，会产生体积膨胀，导致发生膨胀应力，进而水泥石开裂。地聚物的硫酸盐腐蚀的主要生成物为硫酸盐结晶，胶砂试块强度下降以致破坏的主因为硫酸盐的结晶膨胀应力。

砂浆试块的XRD图见图7。

两批试验分别为：第一批试块在开敞环境下养护，而且静置的环境温度较高(35 ℃)，从而使得碱激发反应速度增快，碱向表面迁移并伴随着水分加速蒸发，当试块在水里养护的时候还没加入反应的碱溶解，导致在试块表面附近留下很多孔隙，这大约是第二批砂浆试块强度更高但抗硫酸盐腐蚀更差的原因。碱激发胶凝材料砂浆在硫酸盐溶液里反复干湿循环后的破坏过程为试块从表面剥离、粉化，而普通硅酸盐水泥砂浆是从试块内部膨胀开裂。Palomo也曾指出地聚物强度波动原因是有可溶性的碱溶出导致强度下降。

综上所述，与普通硅酸盐水泥相比，地聚物的抗硫酸盐侵蚀对静置养护期的环境条件更加敏感，地聚物在静置养护期或整个养护期用塑料薄膜覆盖或包裹是必要的。

3 结语

1) 地聚物的抗侵蚀性能与养护环境有关。在静置养护(20 ℃)期用塑料薄膜覆盖或包裹的砂浆试块的抗侵蚀性能优于在高温(35 ℃)开敞环境中养护的试块。

2)在5%的硫酸钠溶液中，地聚物砂浆破坏的主要原因是硫酸钠溶液进入胶砂试块表面的孔隙里，盐结晶导致的体积膨胀，而生成膨胀性产物石膏晶体和硫酸钠盐结晶是导致普通硅酸盐水泥砂浆破坏的原因。

3)地聚物砂浆在硫酸盐溶液中干湿循环试验后的破坏是从试块表面盐结晶体积膨胀导致粉化、剥落，以致出现裂缝，而普通硅酸盐水泥砂浆是从试块内部盐结晶膨胀开裂。

[1] Davidovits.J. The ancient egyptian pyramids-concrete rock[J].Concrete International，1987，9(12):28-37.

[2] 石明霞.水泥—粉煤灰复合胶凝材料抗硫酸盐结晶侵蚀性[J].建筑材料学报，2003(4):350-355.

Experimental research on the geopolymer resisting sulfate attacking performance

HU Jie

(CollegeofCivilEngineering&CityConstruction,JiujiangCollege,Jiujiang332005,China)

The paper tests the geopolymer and common portland cement resisting sulfate attacking performance. Through studying the geopolymer resisting sulfate attacking performance, it carries on X-ray scattering analysis for the materials corroded with wet-dry cycling method. The result shows that: in the 5% of sodium sulfate, geopolymer is damaged owing to the salt crystallization volume expansion for the sodium sulfate immersed into the testing members’ holes.

geopolymer, sulfate attack, wet-dry cycling, X-ray scattering analysis

1009-6825(2014)34-0116-02

2014-09-24

胡 洁(1979- )，女，硕士，讲师

TU528

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