鹽漬土路基混凝土配合比設(shè)計(jì)研究

郭剛

(浙江大運(yùn)建筑工程有限公司，杭州311400)

隨著我國(guó)西部大開(kāi)發(fā)戰(zhàn)略的深入推進(jìn)，西部輸電線路工程所面臨施工環(huán)境以及運(yùn)營(yíng)環(huán)境也越來(lái)越復(fù)雜。由于特殊土地基隨環(huán)境因素變化后的工程性質(zhì)往往發(fā)生較大變化，對(duì)輸變電工程結(jié)構(gòu)物基礎(chǔ)的受力狀態(tài)和工程特性造成影響，基礎(chǔ)型式、基礎(chǔ)設(shè)計(jì)以及基礎(chǔ)混凝土施工直接關(guān)系到西部鹽漬土、凍土等特殊土地區(qū)輸電線路桿塔基礎(chǔ)工程的成敗［1、2］。同時(shí)，由于特殊土地基復(fù)雜的工程特性，常規(guī)條件下的桿塔基礎(chǔ)型式在特殊土地區(qū)的推廣和應(yīng)用具有一定的條件性和局限性［3］。

目前鹽漬土環(huán)境對(duì)工程結(jié)構(gòu)物影響的研究較少，已有研究成果主要是針對(duì)公路和鐵路工程，輸電線路工程在這方面的研究更少，因此，在鹽漬土環(huán)境下進(jìn)行輸電線路工程建設(shè)時(shí)，必須從配合比上考慮輸電線路桿塔基礎(chǔ)混凝土的耐久性設(shè)計(jì)，以提高桿塔基礎(chǔ)混凝土的服役壽命［4、5］，從而充分發(fā)揮輸電線路工程的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益以及環(huán)境效益。

1 試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)原材料

粉煤灰(FA)、礦粉(SL)、硅灰(SF)均采購(gòu)于浙江省當(dāng)?shù)兀唧w化學(xué)成分見(jiàn)表1;水泥:P.O42.5硅酸鹽水泥，比表面積為335m2/kg;水泥物理性能指標(biāo)具體見(jiàn)2。

表1 膠凝材料的化學(xué)組成 /%

表2 水泥物理力學(xué)性能指標(biāo)

1.2 測(cè)試方法

(1)強(qiáng)度及抗蝕系數(shù)。參照GB/T749-2008要求，用三聯(lián)模成型尺寸為40mm×40mm×160mm的條形試塊，將試塊分別在純水與硫酸鈉溶液中進(jìn)行浸泡養(yǎng)護(hù)，至規(guī)定齡期時(shí)檢測(cè)試塊的強(qiáng)度

(2)吸水量。參照J(rèn)C474-2008的要求，將成型的砂漿試塊分別在純水中和質(zhì)量濃度為5%的硫酸鈉溶液中進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，達(dá)到相應(yīng)養(yǎng)護(hù)齡期時(shí)測(cè)量砂漿在浸泡飽水前后的重量，通過(guò)砂漿在浸泡前后的重量變化即可得到砂漿的吸水量。

(3)抗水滲透性。參照J(rèn)C474-2008中砂漿抗水滲透試驗(yàn)的方法，成型φ70mm×φ80mm×h30mm的試塊，并分別在純水和硫酸鈉溶液中進(jìn)行浸泡養(yǎng)護(hù)至規(guī)定齡期，取出試塊待表面干燥后用黃油與水泥按一定比例混合配制成密封材料對(duì)試塊進(jìn)行密封處理，將密封好的試塊固定在滲透儀模具內(nèi)進(jìn)行試驗(yàn)。

根據(jù)前期砂漿試驗(yàn)的結(jié)果，優(yōu)選出SL、FA、SF的最佳摻量與摻加方式，分別設(shè)計(jì)出C25、C30、C35、C40等4個(gè)不同標(biāo)號(hào)的混凝土配合比，通過(guò)混凝土的抗壓抗折強(qiáng)度變化、抗水滲透性能變化、混凝土6h電通量變化以及水化產(chǎn)物微觀形貌分析進(jìn)行檢驗(yàn)與驗(yàn)證SL、FA、SF對(duì)混凝土耐久性的改善效果?；炷僚浜媳热绫?。

表3 混凝土配合比 /kg

2 試驗(yàn)結(jié)果分析

2.1 抗硫酸鹽侵蝕性能

圖1所列為各標(biāo)號(hào)混凝土在純水中養(yǎng)護(hù)時(shí)各齡期的抗壓強(qiáng)度。從圖中可以看出當(dāng)三摻SL、FA、SF時(shí)混凝土的28d均能達(dá)到強(qiáng)度設(shè)計(jì)等級(jí)，隨著水化齡期的不斷延長(zhǎng)，混凝土的強(qiáng)度略有增大，其90d增大幅度分別為7%、2.3%、1.1%、6%。對(duì)于4種標(biāo)號(hào)的混凝土，其水泥用量分別為57.6%、54.4%、73.8%、55%，水膠比分別為0.6、0.5、0.59、0.39，從其強(qiáng)度變化可知，混凝土在28d時(shí)水泥已經(jīng)水化較完全，并且90d強(qiáng)度增長(zhǎng)較緩慢。這是因?yàn)榛炷林械乃嘣谠缙?8d養(yǎng)護(hù)階段即已水化較完全，而后期強(qiáng)度的增長(zhǎng)主要通過(guò)發(fā)揮礦物摻合料的火山灰活性效應(yīng)及微集料效應(yīng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。

圖2反應(yīng)在質(zhì)量濃度為5%的硫酸鈉溶液中養(yǎng)護(hù)時(shí)混凝土各齡期的抗壓強(qiáng)度變化趨勢(shì)。在兩種不同環(huán)境下養(yǎng)護(hù)的混凝土強(qiáng)度變化較小，隨著養(yǎng)護(hù)時(shí)間的不斷延長(zhǎng)，在純水中養(yǎng)護(hù)時(shí)，強(qiáng)度逐漸增大，但后期增長(zhǎng)幅度較小，在硫酸鈉鹽溶液中養(yǎng)護(hù)時(shí)，隨著齡期延長(zhǎng)而逐漸減小?；炷恋?8d強(qiáng)度均為在純水中養(yǎng)護(hù)的強(qiáng)度，在純水中養(yǎng)護(hù)28d再分別將混凝土置于不同養(yǎng)護(hù)環(huán)境下進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。從混凝土的90d強(qiáng)度可以看出，在質(zhì)量濃度為5%的硫酸鈉溶液中養(yǎng)護(hù)時(shí)，C25和C40混凝土強(qiáng)度略有增大，而C30和C35強(qiáng)度略有下降，當(dāng)養(yǎng)護(hù)至360d時(shí)，在硫酸鈉溶液中養(yǎng)護(hù)的各標(biāo)號(hào)混凝土強(qiáng)度較初始強(qiáng)度略有下降，其下降幅度分別為10.2%、5.8%、6.9%、9.5%，下降幅度均較小，說(shuō)明復(fù)合礦物摻合料的摻入對(duì)硫酸鹽的侵蝕起到了很好的抑制作用。

圖1 混凝土在純水中養(yǎng)護(hù)的抗壓強(qiáng)度變化

圖2 混凝土在硫酸鈉溶液中養(yǎng)護(hù)的抗壓強(qiáng)度變化

2.2 抗氯離子滲透性能

混凝土的抗氯離子滲透性能通過(guò)混凝土的6h電通量進(jìn)行評(píng)價(jià)，試驗(yàn)成型了φ100mm×h50mm的圓柱體試塊，將試塊分別浸泡在純水和質(zhì)量濃度為5%的硫酸鈉溶液中進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，達(dá)到規(guī)定齡期時(shí)檢測(cè)混凝土的6h電通量。圖3和圖4反映了混凝土在純水和硫酸鈉溶液中養(yǎng)護(hù)時(shí)的電通量變化。

圖3 混凝土在純水中養(yǎng)護(hù)的電通量

圖4 混凝土在硫酸鈉溶液中養(yǎng)護(hù)的電通量

圖3和圖4分別為不同標(biāo)號(hào)混凝土在純水和鹽溶液中養(yǎng)護(hù)不同齡期時(shí)的電通量。在純水中養(yǎng)護(hù)的混凝土試塊隨著齡期的延長(zhǎng)，混凝土的電通量逐漸減小，說(shuō)明在純水中養(yǎng)護(hù)時(shí)混凝土的密實(shí)度不斷提高，這主要是由于摻入SL、FA、SF，使混凝土結(jié)構(gòu)各組成材料能夠形成一種最緊密堆積狀態(tài)，使混凝土的密實(shí)度得到很大程度的提高，抗?jié)B性得到改善，使電子在混凝土內(nèi)部的遷移阻力增大，混凝土6h電通量較小。同時(shí)隨著養(yǎng)護(hù)時(shí)間的不斷延長(zhǎng)，SL、FA、SF的二次水化反應(yīng)生成的C-S-H凝膠也使混凝土結(jié)構(gòu)更加致密，使電子離子在混凝土內(nèi)部的遷移受到阻礙，因此，綜合這兩方面的作用會(huì)使混凝土的6h電通量有所下降。對(duì)于硫酸鈉溶液中養(yǎng)護(hù)的混凝土試塊，隨著養(yǎng)護(hù)齡期的延長(zhǎng)其電通量逐漸增大，但隨著混凝土強(qiáng)度等級(jí)的提高，電通量的增大幅度下降。比較純水養(yǎng)護(hù)和鹽溶液養(yǎng)護(hù)混凝土的電通量可以發(fā)現(xiàn)，養(yǎng)護(hù)環(huán)境對(duì)混凝土電通量的影響較大，并且強(qiáng)度等級(jí)不同時(shí)影響程度不同。分析其原因主要有以下幾點(diǎn):(1)各強(qiáng)度等級(jí)混凝土其水灰比分別為0.6、0.5、0.59、0.39，水灰比越小，越有助于提高混凝土的密實(shí)度，并且使混凝土的總孔隙率減小，電子在混凝土內(nèi)部的遷移難度增大，因此，混凝土強(qiáng)度等級(jí)越高，其電通變化幅度越小，隨著養(yǎng)護(hù)齡期的延長(zhǎng)，電通量變化較小;(2)在硫酸鈉溶液中養(yǎng)護(hù)時(shí)，硫酸鈉溶液電離出來(lái)的Na+進(jìn)入混凝土毛細(xì)孔內(nèi)，滲透進(jìn)入混凝土毛細(xì)孔及孔隙內(nèi)的Na+導(dǎo)致在鹽溶液中養(yǎng)護(hù)的混凝土電通量較大。(3)進(jìn)入毛細(xì)孔內(nèi)的硫酸鈉溶液在毛細(xì)孔內(nèi)形成過(guò)飽和溶液使硫酸鈉結(jié)晶，結(jié)晶膨脹應(yīng)力也會(huì)導(dǎo)致一些微裂紋的產(chǎn)生從而增加了電子的遷移通道。所以綜合這幾方面的因素，混凝土在硫酸鈉溶液中養(yǎng)護(hù)時(shí)同齡期的電通量要大得多。

3 結(jié)論

(1)當(dāng)砂漿在純水中養(yǎng)護(hù)時(shí)，單摻 SL、FA、SF，砂漿的強(qiáng)度變化較小，但在硫酸鈉溶液中養(yǎng)護(hù)時(shí)，砂漿的強(qiáng)度下降較大，說(shuō)明單摻SL、FA、SF對(duì)提高砂漿的抗侵蝕性能不佳。

(2)混凝土的6h電通量測(cè)試表明，在純水中養(yǎng)護(hù)的各標(biāo)號(hào)的混凝土其滲透等級(jí)為“極低”，混凝土具有較好的抗Cl-滲透性能，在硫酸鈉溶液中養(yǎng)護(hù)的C25、C30、C35混凝土滲透等級(jí)為“低”，而C40混凝土其滲透等級(jí)為“極低”。

［1］ 程?hào)|幸，張建民，劉厚健，等.凍土區(qū)輸電線路塔基選位的影響因素分析［J］.工程地質(zhì)學(xué)報(bào).2009，17(3):229-334.

［2］ P.K.Mehta.Concrete Technology for Sustainable Development of Cement and Concrete Industry.Ottawa，Canada.1998，10.

［3］ P.K.Mehta.Durability-Critical Issues for the Future.Concrete International.V.19，1997(7):27-33.

［4］ 海洋與惡劣工業(yè)環(huán)境中的高耐久混凝土.挪威埃肯公司內(nèi)部資料.1999:6-40.

［5］ O.S.B.AI-Amoudi，Attack on plain and blended cements exposed to aggressive sulfate environments［J］. Cement and Concrete Composites.2002，24(3):305-316.