鹽漬土地區(qū)輸電線路基礎(chǔ)混凝土抗硫酸鹽腐蝕試驗(yàn)研究

汪春風(fēng) 李志宏 張 斌 馬安剛 于本田 王繼林

（1國(guó)網(wǎng)甘肅省電力公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院，甘肅 蘭州 730030；2甘肅眾聯(lián)建設(shè)工程科技有限公司，甘肅 蘭州 730070；3蘭州交通大學(xué)土木工程學(xué)院， 甘肅 蘭州 730070）

1 引 言

圖1 輸電線路在甘肅境內(nèi)河西地區(qū)位置示意圖

圖2 我國(guó)鹽漬土分布示意圖

昌吉-古泉±1100kV特高壓直流輸電線路工程起點(diǎn)位于新疆準(zhǔn)東五彩灣換流站，終點(diǎn)為安徽皖南換流站，線路全長(zhǎng)約3256.5km（含長(zhǎng)江大跨越3.143km），航空線長(zhǎng)度為2963.8km，線路曲折系數(shù)1.11，沿線途經(jīng)新疆、甘肅、寧夏、陜西、河南、安徽6省，其中線路途經(jīng)甘肅省境內(nèi)河西地區(qū)2市4縣（區(qū)），線路長(zhǎng)度158.083km，海拔高程分布于1500～2000m之間[1]。輸電線路在甘肅境內(nèi)河西地區(qū)位置如圖1所示。

由圖1和圖2可以看出，昌吉-古泉±1100kV特高壓直流輸電線路工程在甘肅境內(nèi)河西地區(qū)基本位于鹽漬土分布地區(qū)，沿線土壤及地下、地表水中硫酸根含量較大，勘察資料顯示[2]：沿線地下水中SO42-含量最高為19828mg/L，土壤中SO42-含量最高為22381mg/kg，對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)具有強(qiáng)腐蝕作用。硫酸鹽環(huán)境中的侵蝕性離子進(jìn)入混凝土內(nèi)部，與水泥石中某些組分反應(yīng)生成膨脹性的侵蝕產(chǎn)物。當(dāng)膨脹應(yīng)力達(dá)到一定程度時(shí)就會(huì)造成混凝土開裂、剝落及強(qiáng)度損失。尤其當(dāng)混凝土建筑物位于易產(chǎn)生水位變動(dòng)的環(huán)境時(shí)，干濕循環(huán)作用會(huì)在一定程度上加速硫酸鹽侵蝕，混凝土耐久性損失更明顯[3-6]。為保證輸電線路基礎(chǔ)混凝土結(jié)構(gòu)的使用年限本文進(jìn)行了不同強(qiáng)度等級(jí)混凝土的硫酸鹽干濕循環(huán)試驗(yàn)，測(cè)試了混凝土在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件和硫酸鹽腐蝕條件下混凝土強(qiáng)度變化規(guī)律，分析輸電線路基礎(chǔ)混凝土在硫酸鹽腐蝕作用下的劣化規(guī)律。

2 試 驗(yàn)

2.1 原材料

1）水泥

試驗(yàn)用水泥為張掖市巨龍建材有限公司生產(chǎn)的42.5級(jí)普通硅酸鹽水泥，水泥的主要物理、力學(xué)指標(biāo)如表1所示，其余指標(biāo)均滿足《通用硅酸鹽水泥》（GB 175-2007）的技術(shù)要求。

表1 試驗(yàn)用水泥主要物理、力學(xué)指標(biāo)

表2 試驗(yàn)用粉煤灰主要物理、化學(xué)指標(biāo)

表3 防腐阻銹高效外加劑指標(biāo)

表4 不同強(qiáng)度等級(jí)混凝土配合比（kg/m3）

2）粉煤灰

粉煤灰采用張掖火電廠生產(chǎn)的F類Ⅱ級(jí)粉煤灰，其主要物理、化學(xué)指標(biāo)如表2所示，其余指標(biāo)均滿足《用于水泥和混凝土的粉煤灰》（GB/T 1596-2005）的技術(shù)要求。

3）粗、細(xì)骨料

粗骨料采用臨澤縣盛邦石料廠的級(jí)配碎石。碎石符合5～31.5mm連續(xù)級(jí)配，含泥量為0.8%、泥塊含量為0.2%，緊密空隙率為43%。細(xì)骨料采用臨澤縣盛邦石料廠生產(chǎn)的天然砂。砂的細(xì)度模數(shù)為3.0，為2區(qū)中砂，含泥量為1.4%、泥塊含量為0.8%，空隙率為43%。砂、碎石其余指標(biāo)均符合《普通混凝土用砂、石質(zhì)量及檢驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》（JGJ 52-2006）中的配制C55以下強(qiáng)度等級(jí)混凝土的要求。

4）減水劑

減水劑采用張掖市建鑫新型節(jié)能建材廠生產(chǎn)的JX-1型緩凝性高效減水劑。減水劑減水率為19%，泌水率比為31%，含氣量為2.6%，7d抗壓強(qiáng)度比為151%，28d抗壓強(qiáng)度比為143%。其余物理、化學(xué)指標(biāo)均符合《混凝土外加劑》（GB 8076-2008）中的技術(shù)要求。

5）防腐劑

為提高混凝土的抗硫酸鹽腐蝕性，在混凝土中摻入由蘭州德億建筑科技有限公司生產(chǎn)的DY-6防腐阻銹高效外加劑。其主要技術(shù)指標(biāo)如表3所示。

2.2 混凝土配合比

根據(jù)昌吉-古泉±1100kV特高壓直流輸電線路工程基礎(chǔ)對(duì)混凝土強(qiáng)度等級(jí)的要求不同，試驗(yàn)配制了C30、C35、C40、C45共4個(gè)強(qiáng)度等級(jí)的混凝土，其中C30混凝土水膠比為0.45；C35混凝土水膠比為0.38；C40混凝土水膠比為0.37；C45混凝土水膠比為0.35?；炷僚浜媳纫姳?。依據(jù)《普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 50080-2016）實(shí)測(cè)混凝土的坍落度均在160±20mm之間。

2.3 試驗(yàn)方法

為分析硫酸鹽腐蝕對(duì)混凝土性能影響的程度，混凝土抗硫酸鹽腐蝕試驗(yàn)采用《普通混凝土長(zhǎng)期性能和耐久性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 50082-2009）的方法，即將每一強(qiáng)度等級(jí)的混凝土制作成100mm×100mm×100mm的立方體共計(jì)11組33塊，其中1組在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28d后進(jìn)行抗壓強(qiáng)度測(cè)試，另外10組在28d后分成兩部分，其中試驗(yàn)組5組，置入5%硫酸鈉溶液的混凝土硫酸鹽干濕循環(huán)箱，進(jìn)行干濕循環(huán)試驗(yàn)，如圖3所示；對(duì)比組5組，繼續(xù)標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)，與進(jìn)行干濕循環(huán)試驗(yàn)的試件同時(shí)進(jìn)行抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)。強(qiáng)度試驗(yàn)按照《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 50081-2002）進(jìn)行。

圖3 硫酸鹽干濕循環(huán)

圖4 硫酸鹽干濕循環(huán)試件與標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)試件

3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

表5和圖5～圖8為不同強(qiáng)度等級(jí)混凝土試件在不同硫酸鹽干濕循環(huán)次數(shù)后與對(duì)應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)的試件抗壓強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果。

表5 不同強(qiáng)度等級(jí)混凝土硫酸鹽干濕循環(huán)與對(duì)應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)抗壓強(qiáng)度（MPa）

圖5 C30混凝土抗壓強(qiáng)度

圖6 C35混凝土抗壓強(qiáng)度

圖7 C40混凝土抗壓強(qiáng)度

由表5和圖5～圖8分析可知，在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下各強(qiáng)度等級(jí)的混凝土隨著養(yǎng)護(hù)齡期的增長(zhǎng)，其抗壓強(qiáng)度也隨之增長(zhǎng)。這主要是因?yàn)椴煌瑥?qiáng)度等級(jí)的混凝土中都摻入一定量的粉煤灰，粉煤灰早期水化反應(yīng)速度慢，后期由于二次水化反應(yīng)即火山灰作用效應(yīng)，粉煤灰中活性SiO2、Al2O3在水泥熟料中C3S、C2S的水化產(chǎn)物Ca(OH)2激發(fā)作用下，與水發(fā)生反應(yīng)，生成更加致密和強(qiáng)度更高的C-S-H膠體，使得混凝土的后期強(qiáng)度會(huì)有所增長(zhǎng)，另外由于粉煤灰本身顆粒較水泥顆粒細(xì)小，在混凝土中發(fā)揮微骨料填充效應(yīng)，也使得混凝土后期更加密實(shí)，強(qiáng)度提高。而且，強(qiáng)度提高的趨勢(shì)是水膠比越大的混凝土，其強(qiáng)度增長(zhǎng)幅度越大，這是因?yàn)樗z比越大，凝結(jié)硬化的混凝土內(nèi)部孔隙越多，而后期越易被填充。

圖8 C45混凝土抗壓強(qiáng)度

在硫酸鈉溶液干濕循環(huán)條件下，不同強(qiáng)度等級(jí)混凝土隨著干濕循環(huán)次數(shù)的增長(zhǎng)，其抗壓強(qiáng)度呈先提高后降低的趨勢(shì)。這主要是早期硫酸鈉溶液滲入混凝土內(nèi)部孔隙中，在溫度較高時(shí)結(jié)晶填充孔隙，但由于此時(shí)膨脹應(yīng)力較小，未導(dǎo)致凝結(jié)硬化的混凝土發(fā)生開裂，且由于填充了混凝土內(nèi)部孔隙，使得混凝土更加密實(shí)，使混凝土強(qiáng)度有一定的提高，但隨著干濕循環(huán)的次數(shù)的增多，結(jié)晶不斷產(chǎn)生膨脹應(yīng)力，使混凝土內(nèi)部原有裂縫進(jìn)一步擴(kuò)展、連通，導(dǎo)致混凝土強(qiáng)度開始下降。但不同強(qiáng)度等級(jí)的混凝土存在兩點(diǎn)不同，一是強(qiáng)度出現(xiàn)降低時(shí)的循環(huán)次數(shù)不同，強(qiáng)度等級(jí)低的混凝土其強(qiáng)度在循環(huán)次數(shù)較少時(shí)就會(huì)出現(xiàn)下降，而強(qiáng)度等級(jí)較高的混凝土出現(xiàn)強(qiáng)度下降的循環(huán)次數(shù)明顯延遲，C30混凝土強(qiáng)度降低出現(xiàn)在干濕循環(huán)60次后；C35混凝土強(qiáng)度降低出現(xiàn)在干濕循環(huán)80次后；C40混凝土強(qiáng)度降低出現(xiàn)在干濕循環(huán)80次后；C45混凝土強(qiáng)度降低出現(xiàn)在干濕循環(huán)120次后；二是由于C40、C45混凝土本身致密性好，孔隙率小，連通的孔少，使硫酸鈉溶液很難進(jìn)入混凝土內(nèi)部，因此其強(qiáng)度在經(jīng)過120次干濕循環(huán)后，雖然相對(duì)中間過程有所降低，但仍高于標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28d時(shí)強(qiáng)度，而C30、C35混凝土由于水膠比較大，在經(jīng)歷120次干濕循環(huán)后其強(qiáng)度損失較大，遠(yuǎn)低于標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28d時(shí)強(qiáng)度。

4 結(jié) 語

1）標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下的不同強(qiáng)度等級(jí)的混凝土隨著養(yǎng)護(hù)齡期的增加，其強(qiáng)度提高，低強(qiáng)度等級(jí)的混凝土后期強(qiáng)度在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下提高的幅度越大。

2）在硫酸鹽干濕循環(huán)作用下，不同強(qiáng)度等級(jí)的混凝土的抗壓強(qiáng)度都遵循著先提高后降低的趨勢(shì)。但強(qiáng)度由升轉(zhuǎn)降所對(duì)應(yīng)的干濕循環(huán)次數(shù)不同，強(qiáng)度等級(jí)越高的混凝土出現(xiàn)的越晚，且強(qiáng)度等級(jí)高的混凝土經(jīng)過120次干濕循環(huán)后強(qiáng)度仍高于標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28d強(qiáng)度。

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