干旱鹽堿地區(qū)混凝土抗侵蝕性能試驗研究

唐加爾克·也斯木漢

(新疆水利水電勘測設計研究院 檢測試驗研究中心，新疆 昌吉 831100)

0 引 言

鹽漬土在我國分布廣泛，我國鹽漬土總面積約3 600×104hm2，占全國可利用土地面積的4.88%[1]。當水工混凝土建筑物修建在鹽漬土地區(qū)時，混凝土結構經常受到硫酸鹽的侵蝕破壞[2]，在混凝土破壞機理中，侵蝕破壞就是廣泛的一種[3]，這些侵蝕性的鹽主要是硫酸鹽、鎂鹽。已有研究表明，侵蝕性物質通過環(huán)境水接觸或者進入混凝土空隙，與水泥水化產物氫氧化鈣發(fā)生化學反應，生成的產物體積膨脹，破壞混凝土空隙結構，給建筑物的安全帶來隱患。本文以干旱區(qū)鹽堿地區(qū)輸水渠為研究對象，通過環(huán)境水取樣，分析侵蝕離子濃度，采用高性能混凝土進行試驗，從運行、造價等方面進行比選，為鹽堿地區(qū)抵抗侵蝕混凝土工程提供依據。

1 試驗區(qū)基本情況

項目試驗區(qū)位于內陸干旱鹽堿區(qū)，年蒸發(fā)量為2 553 mm，年降雨量為75 mm，是典型的強蒸發(fā)、少降雨地區(qū)，河水含鹽量高。渠道沿線地處河流沖積平原，含水介質多為第四系全新統(tǒng)河流松散沉積物，上部多為低液限粉土或細(粉)砂，下部均為細(粉)砂沿。其中，低液限粉土的滲透系數為7.15×10-4～9.69×10-4cm/s ，平均 8.51×10-4cm/s，屬中等滲漏性土層；細(粉)砂的滲透系數為 4.26×10-3～8.03×10-3cm/s ，平均 6.20×10-3cm/s，屬中等滲漏性土層。地下水埋深一般為地面以下0.0～4.2 m，地下水的主要排泄途徑為蒸發(fā)和蒸騰。由于地下水受季節(jié)性地表水補給影響，地下水位高水位期為春冬灌期間和夏季汛期期間，其它時間地下水位較低。地下水年內變化幅度范圍為1.0～1.5 m。

項目試驗區(qū)由于局部地下水位高，土壤毛細作用強烈，表層土壤鹽分較多，在試驗區(qū)渠系混凝土結構造中，形成多元的侵蝕環(huán)境，混凝土侵蝕問題突出。通過對影響渠系混凝土侵蝕性能的介質環(huán)境水的地表水、地下水、土壤水分段取樣，獲得各環(huán)境水的檢測值，根據《水利水電工程地質勘察規(guī)范》(GB 50487-2008)[4]附錄L.0.2, 經過分析，各離子評價結果詳見表1。

表1 環(huán)境水化驗結果及侵蝕性評價

由表1分析可知，地表水硫酸鹽含量為2 400～3 267 mg/L，鎂鹽含量為1 567～1 997 mg/L，均在強腐蝕范圍，對砼結構有強腐蝕，氯鹽含量為829.5～884.2 mg/L，對鋼筋砼結構中的鋼筋有中等腐蝕；地下水硫酸鹽含量為2 173～4 260 mg/L，對砼結構有強腐蝕，鎂鹽含量為1 825～1 899 mg/L，對砼結構有中等腐蝕，氯鹽含量為11 332～31 638 mg/L，對鋼筋砼結構有強腐蝕；渠道土壤硫酸鹽含量為5 460～7 740 mg/L，對砼結構有強腐蝕，鎂鹽含量為3 683～4 695 mg/L，對砼結構有中等腐蝕，氯鹽含量為1 896～4 200 mg/L，對鋼筋砼結構中的鋼筋有中等腐蝕。

2 試驗方案

在典型的侵蝕渠段，通過配置普通混凝土(G1表示粉煤灰摻量為0%，即普通混凝土)和高性能混凝土(G2表示粉煤灰摻量為10%，G3表示粉煤灰摻量為30%，G4表示粉煤灰摻量為60%)，對渠段進行分段施工，標準養(yǎng)護28 d(大摻量粉煤灰養(yǎng)護60 d)，經過一個灌溉運行期，檢測混凝土抵抗侵蝕的性能，通過經濟成本分析，選擇經濟適用的高性能混凝土用于渠系改造及建設。試驗配合比見表2。

表2 高性能混凝土配合比

注：減水劑用量=膠凝材料用量×減水劑摻量百分比。

3 試驗結果分析

混凝土強度試驗結果見圖1。

圖1 不同粉煤灰摻量高性能混凝土配合比強度與齡期關系曲線

由強度試驗可知，混凝土28 d強度從高到低依次為G1>G2>G3>G4，3 d強度G2，G3，G4分別是G1的74.9%，65.7%和31.3%；7 d強度G2，G3，G4分別是G1的78.0%，66.8%和46.7%；14 d強度G2，G3，G4分別是G1的80.7%，69.4%和54.6%；28 d強度G2，G3，G4分別是G1的89.2%，79.1%和61.2%；60 d強度G2，G3，G4分別是G1的89.1%，81.1%和61.6%；摻10%和30%粉煤灰的高性能水泥混凝土前期強度較不摻粉煤灰的混凝土低，但后期強度逐漸上升，主要原因是粉煤灰前期水化緩慢，混凝土強度較低，而后期逐漸水化，強度逐漸提升。大摻量粉煤灰的混凝土由于水泥用量較少，前期和后期強度始終較低。見表3。

表3 混凝土性能比較

由表3可知，經過一定時期的運行，G2、G3混凝土抵抗侵蝕性能好，G1存在少量麻面，抗侵蝕性能較差，G4存在大量麻面，抗侵蝕性能差，主要是由于強度較低、密實度低，侵蝕性環(huán)境水很容易進入混凝土內部，侵蝕膠凝結構，在夾雜泥沙的河水中，侵蝕加磨損的影響使得混凝土結構更加容易破壞。從造價情況看，G2的單價最高，不利于節(jié)約成本，G4的單價最低，工程性能不佳，G2、G3價格適中，工程性能均較好。從養(yǎng)護時間上，除G4需要60 d，其他的需要28 d，G4的養(yǎng)護的時間成本較高，不利于工程進度。

4 結 論

通過強度試驗和綜合分析，高性能混凝土具有抗侵蝕性能好、養(yǎng)護周期較短的優(yōu)點，少摻量的混凝土價格較高，不利于工程節(jié)約成本；大摻量粉煤灰高性能混凝土雖然價格低，但是不能滿足工程的運行需要，摻30%粉煤灰的高性能混凝土工程性能好，因此在侵蝕嚴重的地區(qū)使用摻30%粉煤灰高性能混凝土用于渠系改造和新建是首選方案。試驗表明，摻30%粉煤灰的高性能混凝土能夠很好地抵抗高濃度的水環(huán)境侵蝕，提高工程耐久性，有利于發(fā)揮工程的社會效益和經濟效益。