水膠比及粉煤灰摻量對(duì)混凝土抗硫酸鹽、鎂鹽雙重侵蝕性能的影響

蘇建彪，唐新軍，劉向楠，胡 全，張 濤

(新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)水利與土木工程學(xué)院，烏魯木齊830052)

新疆地處干旱多鹽堿地區(qū)［1］，近年來常有混凝土工程遭受硫酸鹽、鎂鹽雙重侵蝕破壞的案例發(fā)生，而以往大部分學(xué)者都以硫酸鹽侵蝕為研究對(duì)象［2-5］，目前，雙重侵蝕問題已引起工程界的關(guān)注和重視［6］。本文通過普通硅酸鹽水泥膠砂試件在不同濃度硫酸鹽、鎂鹽溶液中的雙重侵蝕試驗(yàn)，探討水膠比及粉煤灰摻量對(duì)普通硅酸鹽水泥混凝土抗硫酸鹽、鎂鹽雙重侵蝕性能的影響，為今后處在類似環(huán)境中的混凝土工程提供參考。

1 試驗(yàn)材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

本文試驗(yàn)中，水泥為烏魯木齊市青松水泥廠生產(chǎn)的42.5R普通硅酸鹽水泥(其各項(xiàng)物理指標(biāo)見表1，化學(xué)指標(biāo)見表2);砂:ISO標(biāo)準(zhǔn)砂;粉煤灰:烏魯木齊市葦湖梁電廠II級(jí)粉煤灰(其各項(xiàng)物理指標(biāo)見表3，化學(xué)指標(biāo)見表4);減水劑:烏魯木齊市建寶天化新材料科技有限公司生產(chǎn)的FDN型減水劑;水:試驗(yàn)室自來水。

表1 青松42.5R普通硅酸鹽水泥物理性能指標(biāo)

表2 青松42.5R普通硅酸鹽水泥化學(xué)成分 /%

表3 葦湖梁電廠Ⅱ級(jí)粉煤灰物理性能指標(biāo)

表4 葦湖梁電廠II級(jí)粉煤灰化學(xué)成分 /%

1.2 試驗(yàn)方法

本試驗(yàn)參照《水泥抗硫酸鹽侵蝕試驗(yàn)方法》GB749-2008［7］中的 K法，制作了水膠比分別為0.3、0.4、0.5，粉煤灰摻量分別為30%、40%、60%的普通硅酸鹽水泥膠砂試件(試件配合比見表5)，試件尺寸均采用10mm×10mm×60mm，將試件標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28d后分別浸泡在不同濃度的硫酸鎂侵蝕溶液中(侵蝕溶液濃度及編號(hào)見表6)及淡水中，分別測(cè)試浸泡不同時(shí)間試件的抗折強(qiáng)度，并按以下公式計(jì)算各組試件的抗蝕系數(shù):

K蝕=R液/R水

式中K蝕為抗蝕系數(shù);R液為試件浸泡在侵蝕溶液中一定齡期時(shí)的抗折強(qiáng)度(MPa);R水為試件浸泡在淡水中一定齡期時(shí)的抗折強(qiáng)度(MPa)。

當(dāng)K蝕≤0.8認(rèn)為試件抗侵蝕不合格，即試件遭受侵蝕破壞。

表5 普通硅酸鹽水泥膠砂試件的配合比

表6 侵蝕溶液濃度及編號(hào)

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 水膠比對(duì)混凝土抗硫酸鹽、鎂鹽雙重侵蝕性能的影響

對(duì)水膠比為0.3、0.4、0.5，粉煤灰摻量為30%的試件進(jìn)行SO2-4為8000mg/L、Mg2+分別為1000mg/L、3000mg/L的雙重侵蝕試驗(yàn)，并根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果繪制出各組試件在侵蝕溶液中的抗蝕系數(shù)隨浸泡時(shí)間的變化情況，見圖1。

圖1不同水膠比試件在雙重侵蝕溶液中抗蝕系數(shù)隨浸泡時(shí)間變化曲線

由圖1可知:在各濃度雙重侵蝕環(huán)境中，粉煤灰摻量為30%的水泥膠砂試件的抗雙重侵蝕性能隨著水膠比的降低而逐漸增強(qiáng)。在為8000mg/L、Mg2+為1000mg/L雙重侵蝕溶液中，水膠比為0.30、0.40的普通硅酸鹽水泥膠砂試件保持著較好的抗侵蝕能力;在為8000mg/L、Mg2+增大為3000mg/L時(shí)，僅有水膠比為0.3的試件仍具有抗侵蝕能力外，其余試件均發(fā)生侵蝕破壞。說明水膠比對(duì)混凝土的抗雙重侵蝕有較大的影響，隨著水膠比的降低，混凝土的抗侵蝕性能不斷增強(qiáng)。

2.2 粉煤灰摻量對(duì)混凝土抗雙重侵蝕性能的影響

對(duì)水膠比為0.3，粉煤灰摻量分別為30%、40%、60%的試件進(jìn)行為 8000mg/L、Mg2+分別為1000mg/L、3000mg/L、6000mg/L 的雙重侵蝕試驗(yàn)，并根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果繪制出各組試件在雙重侵蝕溶液中的抗蝕系數(shù)隨浸泡時(shí)間的變化情況，見圖2。

圖2 不同粉煤灰摻量試件在雙重侵蝕溶液中抗蝕系數(shù)隨浸泡時(shí)間變化曲線

由圖2可知:水膠比為0.30、不同粉煤灰摻量水泥膠砂試件，在為8000mg/L、不同Mg2+的雙重侵蝕溶液中的抗侵蝕能力分為以下幾種情況:

(1)Mg2+≤3000mg/L時(shí)，粉煤灰摻量對(duì)試件的抗侵蝕性能影響不大，試件都具有較高的抗侵蝕能力，且不摻粉煤灰試件的抗侵蝕能力明顯低于摻粉煤灰試件的抗侵蝕能力;

(2)當(dāng)Mg2+增大至6000mg/L時(shí)，粉煤灰摻量對(duì)試件抗侵蝕性能的影響逐漸凸顯出來，大摻量(摻量達(dá)到60%)粉煤灰試件的抗侵蝕能力明顯高于其他摻量的粉煤灰試件的抗侵蝕能力;

(3)當(dāng) Mg2+增大至15200mg/L時(shí)，粉煤灰摻量≤40%的試件在浸泡4個(gè)月均失去了抗侵蝕能力，大摻量(60%)粉煤灰試件經(jīng)過7個(gè)月的侵蝕，雖然尚有一定的抗侵蝕能力，但其抗蝕系數(shù)已接近破壞臨界值，說明在硫酸根離子濃度較大且高鎂離子濃度的雙重侵蝕環(huán)境中，普通硅酸鹽水泥試件即使增大粉煤灰摻量，也難以抵抗侵蝕破壞。

從圖中還發(fā)現(xiàn)，在高濃度雙重侵蝕溶液(Mg2+為15200mg/L、分別為20250mg/L、90000mg/L)中，各粉煤灰摻量試件的抗蝕系數(shù)均隨侵蝕浸泡時(shí)間呈明顯下降趨勢(shì)，很快達(dá)到破壞狀態(tài)，并且粉煤灰摻量較大的試件其抗蝕系數(shù)下降的速度和程度更嚴(yán)重。

3 結(jié)論

降低水膠比可以提高普通硅酸鹽水泥試件的抗雙重侵蝕能力，但在8000mg/L、Mg2+為 3000mg/L的雙重侵蝕溶液中，僅有水膠比為0.3的試件可以抵抗雙重侵蝕溶液對(duì)試件造成的侵蝕破壞。

對(duì)于高濃度硫酸鹽、鎂鹽雙重侵蝕環(huán)境，還應(yīng)通過進(jìn)一步的試驗(yàn)研究，尋找更為有效的措施來提高水泥混凝土的抗侵蝕能力。

［1］ 新疆維吾爾自治區(qū)農(nóng)業(yè)廳.新疆土種志［M］.烏魯木齊:新疆科技衛(wèi)生出版社，1993:116-376.

［2］ 李方元，唐新軍，阿里木江·蘇拉依曼，等.摻Ⅱ級(jí)粉煤灰膠砂試件在高濃度硫酸鹽侵蝕下的破壞特征與破壞機(jī)理分析［J］.粉煤灰綜合利用:2011(05):

［3］ 李方元，唐新軍，胡小虎.短齡期養(yǎng)護(hù)條件下不同混凝土長期抗硫酸鹽侵蝕性能對(duì)比［J］.粉煤灰綜合利用:2013(04):

［4］ 阿里木江·蘇拉依曼，唐新軍，李方元.Ⅱ級(jí)粉煤灰高性能混凝土的長期抗硫酸鹽侵蝕性能［J］.粉煤灰綜合利用:2012(06):

［5］ 周陽，唐新軍，李雙喜，等.摻Ⅱ級(jí)粉煤灰高性能混凝土在短齡期養(yǎng)護(hù)條件下的抗侵蝕性能初討［J］.粉煤灰綜合利用:2010(05):

［6］ 谷坤鵬，王成啟.混凝土硫酸鹽侵蝕的研究現(xiàn)狀.［J］.廣東建材，2010，(8):31-34.

［7］ 中國國家標(biāo)準(zhǔn)管理委員會(huì).GB/T749-2008水泥抗硫酸鹽侵蝕試驗(yàn)方法［S］.北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2008.

［8］ 馬繼明，孫兆雄，葛毅雄.高性能混凝土的抗硫酸鹽、鎂鹽侵蝕研究［J］.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào):2005，28(2):67-71.