高性能抗硫酸鹽混凝土的試驗研究

董 紅 霞

(山西六建集團有限公司，山西 太原 030024)

·建筑材料及應用·

高性能抗硫酸鹽混凝土的試驗研究

董 紅 霞

(山西六建集團有限公司，山西 太原 030024)

針對結構混凝土因硫酸鹽侵蝕破壞影響工程結構安全等問題進行了試驗研究，并從研究背景、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀、內(nèi)容、方法、結論、應用前景等方面對高性能抗硫酸鹽混凝土作了闡述與分析，為高性能抗硫酸鹽混凝土的推廣提供了技術支撐。

硫酸鹽，混凝土，粉煤灰，水膠比，摻合料

1 研究背景

煤炭是我國的主要能源。煤層開采后處于氧化環(huán)境，煤炭中所含的礦物質(zhì)硫與礦井水和空氣接觸后，經(jīng)過一系列的氧化、水解作用，生成硫酸，使水呈酸性，即產(chǎn)生了酸性礦井水。酸性礦井水的形成對地下水及土壤造成了嚴重的污染。地下水及土壤中的硫酸鹽侵蝕是造成地下混凝土工程腐蝕的重要因素，因此在建筑設計時地下混凝土工程越來越多地要求使用抗硫酸鹽混凝土。

目前，專用的抗硫酸鹽水泥生產(chǎn)廠家十分稀少，產(chǎn)量很低，遠遠不能滿足要求，需要探索新的抗硫酸鹽混凝土配制方法，研究使用礦渣水泥配制高性能抗硫酸鹽混凝土。

2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

1)提高混凝土抗硫酸鹽侵蝕的技術措施通常是采用抗硫酸鹽水泥配制抗侵蝕混凝土，但抗硫酸鹽水泥的應用范圍有一定的局限性，且價格遠遠高于常用水泥。2)多采用摻入粉煤灰以減少水泥用量的方法制備抗硫酸鹽混凝土，此外還需加入一些減水劑、增稠劑等外加劑。3)通過檢測抗硫酸鹽混凝土試件的物理外觀、抗壓強度、抗折強度、彈性模量以及硫酸根離子擴散性等進行其抗侵蝕性研究，得出摻入粉煤灰可以獲得高性能抗硫酸鹽混凝土的結論。但試驗表明，有些粉煤灰提高了混凝土的抗硫酸鹽侵蝕性能，在一定的粉煤灰摻量范圍內(nèi)，摻量增加使抗侵蝕效果更好，而有些粉煤灰卻效果不明顯，甚至出現(xiàn)侵蝕加劇的現(xiàn)象，造成這種現(xiàn)象的根本原因在于粉煤灰的CaO與 Fe2O3含量各不相同。

3 研究項目情況及方法

山西省雙喜輪胎股份有限公司清徐新廠區(qū)，位于太原市清徐縣。清徐縣多年從事焦炭化工，造成淺層地下水酸性化。其樁基混凝土采用C30中等抗硫酸鹽混凝土。原材料：水泥：采用太鋼雙良礦渣42.5級水泥；礦粉：采用S95級太鋼磨細礦渣粉；粉煤灰：采用太原第一熱電廠二級粉煤灰；砂子：交城水洗砂，細度模數(shù)2.8；石子：采用交城碎石(5 mm～25 mm)連續(xù)粒徑。外加劑：采用山大合盛生產(chǎn)的209聚羧酸高性能減水劑，摻量2.0%。

3.1 粉煤灰對硫酸鹽侵蝕的影響

1)低強度等級混凝土抗硫酸鹽侵蝕情況，見表1，圖1。

表1 單摻加粉煤灰的混凝土配合比

從圖1中可以看出，當粉煤灰摻量超過20%時，抗硫酸鹽效果變得較為明顯。

2)C30中等強度混凝土抗硫酸鹽侵蝕情況，如表2，圖2所示。

表2 C30單摻加粉煤灰的混凝土配合比

從圖表中可以看出，粉煤灰摻量為40%時，強度略有增長。這是由于Na2SO4充當了粉煤灰的“激發(fā)劑”，使混凝土強度有所增長，但隨著時間的推移其強度仍將回落損失。

3)C50混凝土抗硫酸鹽侵蝕情況,見表3，圖3。

從圖表中可以看出，較高強度混凝土抗?jié)B透性能好，使用28 d短齡期試驗不能很好地描述混凝土的抗硫酸鹽侵蝕性能。但是，這為抗硫酸鹽混凝土的研究指明了方向——混凝土的高性能化。

根據(jù)試驗得出：粉煤灰摻量加大，混凝土的抗硫酸鹽性能增加，但是粉煤灰摻量過大時，混凝土力學性能也會下降，反而不利于抗硫酸鹽侵蝕，需根據(jù)具體的配合比，尤其是所使用減水劑的性能而定。在高性能減水劑配合下粉煤灰摻量可以達到40%以上，但使用高效減水劑時摻量不宜超過30%。

表3 C50單摻加粉煤灰的混凝土配合比

3.2 水膠比對硫酸鹽侵蝕的影響

C30以下混凝土水膠比為0.55；C30混凝土水膠比為0.38；C50混凝土水膠比為0.33。隨著水膠比的減小，混凝土抗?jié)B透性能提高，密實程度增加，混凝土抗硫酸鹽侵蝕性能也提高；在粉煤灰摻量超過30%時，抗硫酸鹽性能明顯，表明低水膠比、高摻量粉煤灰的混凝土配合比具有良好的抗硫酸鹽性能。水膠比不宜大于0.45，最好控制在0.4以下。

3.3 雙摻合料高性能混凝土的抗硫酸鹽性能

1)磨細礦渣與粉煤灰雙摻的配合比，見表4。試驗采用的外加劑為聚羧酸高性能減水劑，普通萘系高效減水劑中Na2SO4含量為16%左右，而高濃高效萘系減水劑Na2SO4含量為2.6%，聚羧酸高性能減水劑幾乎不含Na2SO4。這樣混凝土中Na2SO4含量極低，粉煤灰和磨細礦渣粉可以消耗更多的Ca(OH)2，充分阻斷硫酸鹽侵蝕反應的發(fā)生。

表4 磨細礦渣與粉煤灰雙摻的混凝土配合比表

2)雙摻合料高性能混凝土性能，見表5，表6。

表5 雙摻合料高性能混凝土性能表 mm

表6 雙摻合料高性能混凝土力學性能表 MPa

雙摻合料高性能混凝土性能優(yōu)良，滿足泵送混凝土性能要求，也符合高性能混凝土工作性能、力學性能要求。

3)硫酸鹽侵蝕情況見表7。

表7 硫酸鹽侵蝕情況表 MPa

根據(jù)試驗得出：使用粉煤灰和磨細礦渣粉兩種摻合料配制的高性能混凝土同時具有優(yōu)越的抗硫酸鹽性能，其抗硫酸鹽性能更為出色。在抗硫酸鹽要求較高的環(huán)境中可以使用粉煤灰和磨細礦渣粉雙摻技術，需要指出的是應同時使用高性能減水劑(如高效高濃性高效減水劑或聚羧酸高性能減水劑)。

4 研究結論

1)使用現(xiàn)在大量生產(chǎn)的礦渣水泥，而非專用的抗硫酸鹽水泥，配制高性能抗硫酸鹽混凝土是可行的。2)在中低強度等級混凝土中大量摻入粉煤灰，雖然強度有所下降但硫酸鹽侵蝕的強度損失卻在上升?？梢栽谥械蛷姸然炷林袉螕椒勖夯襾韺崿F(xiàn)抗硫酸鹽侵蝕的效果，摻量不宜小于30%。3)使用粉煤灰和磨細礦渣粉兩種摻合料配制的高性能混凝土，其抗硫酸鹽混凝土性能更佳，水膠比小于0.35的“雙摻”混凝土具有良好的抗硫酸鹽侵蝕性能。4)抗硫酸鹽混凝土的性能與礦物摻合料的使用量有關，同時與混凝土水膠比關系更為密切，使用低水膠比，高礦物摻合料是配制抗硫酸鹽混凝土的有效技術手段。

5 推廣應用前景

該研究針對結構混凝土因硫酸鹽侵蝕破壞影響工程結構安全等問題，通過試驗，研究應用礦渣硅酸鹽水泥，摻加粉煤灰、磨細礦渣粉、高效減水劑等配制成抗硫酸鹽混凝土，并應用到工程實踐中，結合工程實際情況，研究方法先進，實驗數(shù)據(jù)翔實。隨著對工程耐久性問題的日益重視，抗硫酸鹽混凝土應用將會越來越多，該試驗成果保證了抗硫酸鹽混凝土的性能、質(zhì)量，節(jié)約配制成本，具有廣闊的推廣應用前景，經(jīng)濟社會效益顯著。

[1] 彭德新.水膠比和粉煤灰摻量對混凝土抗硫酸鹽侵蝕性能的影響[J].湖南交通科技，2014(2):67-68.

[2] 梁永寧，袁迎曙.硫酸鹽侵蝕環(huán)境因素對混凝土性能退化的影響[J].中國礦業(yè)大學學報，2005(3)：452-457.

Research on tests of high-performance sulphate-resistance concrete

Dong Hongxia

(ShanxiNo.6ConstructionCo.,Ltd,Taiyuan030024,China)

According to the problems of the engineering structural safety affected by the sulphate of the structural concrete, the paper undertakes the test research, and illustrates the high-performance sulphate-resistance concrete from the research background, research at home and abroad, contents, methods, conclusion, and applied prospect, so as to provide some technical support the extension of the high-performance sulphate-resistance concrete.

sulphate, concrete, fly ash, water-binder ratio, mixture

2015-05-28

董紅霞(1968- )，女，高級工程師

1009-6825(2015)22-0120-03

TU528

A