水泥选用新疆天山水泥股份有限公司的P∙O 42.5R级水泥，化学组成见 表1 。拌合水为喀什市自来水；减水剂为聚羧酸高效减水剂，其形态为液体；细骨料为河砂，细度模数2.51，为中砂。

本试验分别设计了净浆、砂浆两种水泥基材料。配合比设计根据规范《砌筑砂浆配合比设计规程》(JGJ/T 98-2011)，水泥基材料配合比见 表2 。

注：P、M分别为净浆、砂浆，A、B、C为编号。

选取试件尺寸为40 mm × 40 mm × 160 mm。干湿循环制度参考《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》(GB/T50082-2009)。试件成型24 h后拆模，养护至28天后从标准养护室取出，擦干表面水分，放入烘箱中，烘干48小时，冷却后放入室温下装有5% Na₂SO₄溶液的试件盒浸泡16 h，在自然环境下干燥8小时。24小时为1个循环，共150个循环。每组取三个试件，结果取平均值。

本文在高润东 [20] 的研究基础上设计了可以同时进行荷载加载和硫酸盐干湿循环的四点加载装置。利用胡克定律计算出施加荷载值，试验的加载装置示意图如 图1 所示，加载装置施加荷载的原理为，通过旋转两边的螺栓使两个弹簧达到计算变形量，再由钢板向试件传递荷载，形成四点加载。选取弯曲荷载为0%、20%、40%的极限弯曲荷载，分别用0、0.2、0.4表示。

根据《普通混凝土力学性能试验方法标准》(GB/T 50081-2002)，采用ETM305F-2微机控制电子压折一体试验机测试干湿循环前后试件的抗折、抗压强度，并计算其抗压强度损失率。

抗折强度、抗压强度损失系数为：

$K=\frac{{\text{F}}_{\text{T}}-{\text{F}}_0}{{\text{F}}_0}$ (1)

式中，F_T为硫酸盐干湿循环T时间时的试件的抗折、抗压强度；F₀为试件初始抗折、抗压强度。

SEM，对干湿循环至龄期后，取直径小于5 mm，厚度约为2~3 mm的平整薄片，放入无水乙醇中浸泡24小时，随后放入40℃的烘箱中烘24小时，对表面喷金镀膜处理后采用飞纳全自动台式电镜能谱一体机phenom prox，分析其侵蚀产物和微观结构形貌。

XRD测试，对干湿循环至龄期后，用无水乙醇中止水化，并在40℃的烘箱中烘48小时，研磨成粉末试样，采用TD-3500型X射线衍射仪(XRD)表征其产物组成，扫描范围为5˚~90˚。

图2 为不同弯曲荷载作用下硫酸盐干湿循环150 d的净浆、砂浆抗折强度损失系数变化图。从 图2(a) 中可以看出，AM组试件在0%弯曲荷载作用下，抗折强度损失系数先增加后减小；在20%和40%弯曲荷载作用下则先减小后加速减少。0%弯曲荷载在侵蚀30天时损失系数为1.14，而20%和40%弯曲荷载在未侵蚀时抗折强度最大。侵蚀初期硫酸盐会与水泥基材料发生化学反应，生成膨胀性产物，使试件更密实，但弯曲荷载导致试件出现微裂缝，使得抗折强度降低。侵蚀60天时，0%弯曲荷载损失系数为1.13，20%和40%弯曲荷载损失系数分别为0.98和0.97，变化不大。侵蚀90天后，不同弯曲荷载下的抗折强度损失系数均有所下降，侵蚀150天时，0%弯曲荷载损失系数为1.0，20%为0.76，40%为0.71。AM组试件抗折强度损失系数总体趋势为：AM-0 > AM-0.2 > AM-0.4。

如 图2(b) 所示，BM组试件在0%和20%弯曲荷载下，抗折强度损失系数先增大后减小；在40%弯曲荷载下，损失系数先减少后加速减少。BM组试件在侵蚀30天后，0%和20%弯曲荷载的抗折强度损失系数分别达到1.14和1.04；而40%弯曲荷载作用下，未侵蚀时抗折强度最大。AM组在侵蚀初期未施加弯曲荷载时，抗折强度损失系数增加；但施加20%弯曲荷载时，30天后AM组略有下降，BM组则上升。这是因为AM组水灰比较小，孔隙率低，更易填满孔隙，而BM组孔隙大，填满时间长。侵蚀中后期，BM组抗折强度损失系数下降更快，因BM组试件强度较低，膨胀力更明显。侵蚀150天时，BM组在0%、20%、40%弯曲荷载下的抗折强度损失系数分别为0.83、0.74、0.71，总体趋势为BM-0 > BM-0.2 > BM-0.4。

如 图2(c) 所示，CM组抗折强度损失系数总体呈现先增大后缓慢减少的趋势。对于施加0%、20%和40%弯曲荷载干湿循环达到30 d时达到了最大值，抗折强度损失系数分别为1.22、1.19、1.11。对比AM、BM组，CM组在侵蚀30 d时，施加不同弯曲荷载时，抗折强度损失系数均增大，这是由于CM组强度最低，且孔隙率最大。在侵蚀初期，生成物与硫酸盐结晶不足以完全填充孔隙，使得试件变密实的时间大于AM与BM组，且弯曲荷载在侵蚀前期对其影响小于硫酸盐侵蚀填充内部孔隙的效果，而在侵蚀后期弯曲荷载与硫酸盐侵蚀对试件的劣化，出现了1 + 1 > 2的效果。侵蚀150 d时，施加0%弯曲荷载抗折强度损失系数为1.05，施加20%弯曲荷载抗折强度损失系数为0.90，施加40%弯曲荷载抗折强度损失系数为0.88。对于CM组不同弯曲荷载下的抗折强度损失系数总体呈现：CM-0 > CM-0.2 > CM-0.4。

图2(d) 为未施加弯曲荷载的净浆、砂浆硫酸盐干湿循环150 d的抗折强度损失系数变化图。从图中可以看出，对于不同配合比的砂浆，抗折强度损失系数总体呈现先增大后缓慢减少的趋势，而对于净浆试件总体呈现先大幅度减少后缓慢减小的趋势。对于三组砂浆试件均是干湿循环达在30 d时，抗折强度损失系数达到了最大值，抗折强度损失系数呈现为CM > BM > AM，这说明对于相同侵蚀环境下的砂浆试件，随着水灰比的增大，抗折强度损失系数随之增大。对于净浆试件，在侵蚀30 d时，抗折强度损失系数为0.4，而侵蚀到150 d时，抗折强度损失系数下降到0.27。

图3 为不同弯曲荷载作用下硫酸盐干湿循环150 d的净浆、砂浆抗压强度损失系数变化图。从 图3(a) 中可以看出，AM组施加不同弯曲荷载的抗压强度损失系数呈现先增大后缓慢减少的趋势。三组试件均在侵蚀60 d时，抗压强度损失系数达到了最大值，AM-0、AM-0.2和AM-0.4三组分别为1.13、1.16和1.11。对于峰值的强度呈现：AM-0.2 > AM-0 > AM-0.4，而过了峰值以后则呈现：AM-0 > AM-0.2 > AM-0.4。这是由于，在侵蚀初期，弯曲荷载的作用使得试件会有不同程度的微裂缝，当微裂缝的数量增加到一定数量后与裂缝发展到一定程度后，对试件的强度影响较大。在侵蚀后期，试件孔隙与微裂缝中形成大量膨胀性产物与硫酸盐结晶，使得试件加速劣化，故在侵蚀后期，抗压强度损失系数出现了大幅度下降。当侵蚀150 d时，AM-0组抗压强度损失系数为1.03，AM-0.2组抗压强度损失系数为0.97，AM-0.4组抗压强度损失系数为0.91。对于AM组不同弯曲荷载下的抗压强度损失系数总体呈现：AM-0 > AM-0.2 > AM-0.4。

如 图3(b) 所示，BM组施加不同弯曲荷载的抗压强度损失系数呈现先增大后减少的趋势。对于BM-0、BM-0.2组，抗压强度损失系数在侵蚀到60 d时达到了最大值，分别为1.12和1.08；而BM-0.4组，抗压强度损失系数在侵蚀到30 d时达到了最大值，为1.07。这是由于40%的弯曲荷载在侵蚀初期所产生的微裂缝较多，相比于AM组配比，BM组强度较低，弯曲荷载对其影响较大。当侵蚀150 d时，BM-0组抗压强度损失系数为1.0，BM-0.2组荷载抗压强度损失系数为0.99，BM-0.4组抗压强度损失系数为0.93。对于BM组不同弯曲荷载下的抗压强度损失系数总体呈现：BM-0 > BM-0.2 > BM-0.4。

如 图3(c) 所示，CM组施加不同弯曲荷载的抗压强度损失系数呈现先增大后减少的趋势。对于CM组，抗压强度损失系数均在侵蚀到60 d时达到了最大值，分别为1.07、1.09和1.10。与AM、BM组不同的是，在峰值呈现：CM-0.4 > CM-0.2 > CM-0，这是由于相比于AM与BM组，CM组强度较低，孔隙率较大。在侵蚀初期，弯曲荷载所产生微裂缝减小的抗压强度损失系数，略小于膨胀性产物填充内部孔隙所增加的抗压强度损失系数。而在侵蚀后期，弯曲荷载与生成产物的膨胀力加速了试件的劣化，出现了1 + 1 > 2的效果，故CM-0.4组试件在侵蚀后期出现了大幅度下降。当侵蚀150 d时，CM-0组抗压强度损失系数为0.79，CM-0.2组抗压强度损失系数为0.86，CM-0.4组抗压强度损失系数为0.78。

图3(d) 为未施加弯曲荷载的砂浆与净浆硫酸盐干湿循环150 d的抗压强度损失系数变化图。从图中可以看出，对于不同配合比的砂浆，抗压强度损失系数总体呈现先缓慢增大后缓慢减少的趋势。对于三组砂浆试件，均是干湿循环60 d时，抗压强度损失系数达到了最大值。抗压强度损失系数呈现为AM > BM > CM，这说明对于相同侵蚀环境下的砂浆试件，随着水灰比的增大，抗压强度损失系数随之减少。对于净浆试件，总体呈现先加速减小后缓慢减小的趋势，在侵蚀60 d时，抗压强度损失系数为0.74，而到了150 d时，仅为0.66。

为了解硫酸盐干湿循环侵蚀后的侵蚀产物，利用X射线衍射分析对AM组试件受侵蚀0天、30天、60天、90天、120天、150天进行测试。从 图4 中可以看出，0 d时，主要物相为二氧化硅、氧化钙、氢氧化钙、硅酸钙等。硫酸盐侵蚀后，氢氧化钙衍射峰的强度和面积并未降低，表明水泥的水化并未停止；主要物相增加了钙矾石，说明硫酸盐侵蚀，主要是硫酸根离子与水泥水化产物发生化学反应，生成的钙矾石，导致水泥基材料发生破坏 [21] 。随着侵蚀龄期的不断增加，侵蚀过程中的生成物种类未发生变化，但钙矾石的衍射峰强度和面积随之变大，说明钙矾石生成量不断增加。

图5 为硫酸盐侵蚀0 d、30 d、90 d、150 d AM组试件的SEM图。从图中可以看出，不同侵蚀龄期，试件内部的微观结构有较大差异。如 图5(a) 为侵蚀0 d的内部微观形貌，可以看出内部表面较为平整，水泥水化程度良好，但存在少量孔隙与微小裂缝，说明存在一定量的初始损伤，是由于试件在成型过程中受到人工影响，本身会存在微小裂缝，在电子显微镜下可以看到。如 图5(b) 所示，侵蚀龄期30 d时，内部微观形貌与未侵蚀的平整表面不同，内部有短柱状的产物生成，表面开始有侵蚀产物附着，孔隙直径开始变小，说明侵蚀产物已经生成并开始填充试件内部的孔隙。如 图5(c) 所示，侵蚀龄期达到90 d时，可以观察到内部孔隙表面已变得凹凸不平，侵蚀产物石膏和钙矾石覆盖在原本平整的表面，对孔隙进行进一步填充，此时砂浆的强度达到峰值，材料内部生成物对孔隙的填充影响大于胶凝材料的分解对强度的影响，因此宏观表现为抗压强度与抗折强度增加。如 图5(d) 所示，侵蚀龄期达到150 d时，试件内部形貌与最初相比，差异巨大，由于试件侵蚀产物的不断堆积，内部出现大量针状产物钙矾石导致内部形貌变为蜂窝状，宏观表现为抗压强度与抗折强度降低。