不同礦粉和粉煤灰摻量的水工混凝土抗硫酸鹽侵蝕研究

張曉翠

(大連金普新區(qū)農(nóng)業(yè)農(nóng)村發(fā)展服務(wù)中心，遼寧 大連 116100)

遼寧省許多地區(qū)(如大連、錦州、丹東、盤錦、營口、葫蘆島等)的土壤類型屬海濱鹽土，地下水中含有一定量的鎂鹽、氯鹽和硫酸鹽等強侵蝕性物質(zhì)。地層中存在的侵蝕性材料對樁基礎(chǔ)和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)等建設(shè)于其中的建筑物造成較大的侵蝕性危害[1-3]。對于硫酸鹽而言，其侵蝕作用就是水泥石中的化學(xué)成分與侵入的硫酸鹽反應(yīng)生成難溶解的鹽類礦物，因體積膨脹引起內(nèi)壓力，當(dāng)該應(yīng)力大于混凝土抗拉強度時就會導(dǎo)致開裂；對于氯鹽來講，其侵蝕機理就是混凝土內(nèi)的鋼筋受氯離子作用而發(fā)生銹蝕，鐵銹體積膨脹約為原來的3-4倍，并受外界約束而產(chǎn)生拉應(yīng)力，并進一步使得混凝土出現(xiàn)破碎、剝離和脹裂。

水工混凝土的長期耐久性受硫酸鹽等侵蝕性材料的影響顯著，涉及影響因素多而復(fù)雜，總體可以概括為環(huán)境條件和工作條件兩大類型[4-5]。其中，環(huán)境條件主要是凍融循環(huán)過程、干濕交替過程、侵蝕溶液的濃度和種類等，工作條件主要是混凝土的受力狀態(tài)、外加劑類型、水泥品種、配合比和施工方式等性能。近年來，工程領(lǐng)域越來越重視混凝土的耐久性問題，但其研究廣度和深度明顯不足，如混凝土的抗侵蝕措施、侵蝕機理、評價標(biāo)準(zhǔn)、試驗水平和方法等。為改善混凝土抗侵蝕性能選用的高抗硫等特殊水泥增大了工程成本，其作用效果也需要進一步檢驗[6-15]。因此，文章將適量的礦粉和粉煤灰摻入水工混凝土，通過耐久性試驗研究了其改善混凝土抗侵蝕性能的作用。

1 試驗方案

1.1 基本要求

試驗采用粉煤灰、礦粉和水泥三種摻合料按設(shè)計配合比配制水工混凝土，其中水泥選用渾河牌P·O 42.5普通硅酸鹽水泥，礦粉選用S75和S95兩個級別，粉煤灰選用綏中電廠Ⅱ級灰，減水劑選用蘇博特PCA?-Ⅰ減水劑。設(shè)計水膠比0.4，礦粉摻量20%～30%，粉煤灰摻量10%～30%，配制C35、C40、C45、C50等多種強度等級混凝土，對比試驗選用少量C20混凝土，混凝土各項性能均符合水下灌注樁質(zhì)量要求。依據(jù)規(guī)范推薦的試驗方法，對各組試件進行200次凍融循環(huán)抗硫酸鹽侵蝕試驗，設(shè)定耐蝕系數(shù)0.85。

1.2 試驗依據(jù)

試驗設(shè)計C20、C30、C35、C40、C50五個混凝土強度等級配合比，其中C20試件作為不同強度等級對比試驗，各配合比試件凍融循環(huán)200次，以《水工混凝土耐久性技術(shù)規(guī)范》和相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)進行試驗。為使各組試件吸水飽和，將養(yǎng)護至規(guī)定齡期前4d的水工混凝土試件按組別放入質(zhì)量分?jǐn)?shù)5%的Na2SO4溶液和20±2℃水中浸泡4d，達(dá)到規(guī)定齡期后放入裝有硫酸鹽溶液和水的試盒內(nèi)，選用HDK-9型快速凍融試驗機和液壓伺服壓力試驗機測定凍融循環(huán)200次的混凝土試樣強度。

2 抗硫酸鹽侵蝕試驗結(jié)果

2.1 工作性能

按設(shè)計配合比配制不同等級的混凝土拌合物工作性能如表1、表2所示，結(jié)果表明各等級混凝土基本能夠滿足工作性能要求，低強度等級混凝土中摻較多的礦粉時會降低其流動性，而摻入較多的粉煤灰時仍然具有較好的工作性能。

表1 各強度等級的水工混凝土工作性能

表2 礦物摻合料40%的混凝土工作性能

2.2 抗壓強度

按設(shè)計配合比配制不同等級的混凝土28d初始強度和200次凍融循環(huán)后的抗壓強度以及兩者之比如表3所示。

表3 經(jīng)硫酸鹽侵蝕的混凝土抗壓強度

續(xù)表3 經(jīng)硫酸鹽侵蝕的混凝土抗壓強度

將礦粉或粉煤灰加入不同配合比混凝土中，在硫酸鈉溶液中經(jīng)200次凍融循環(huán)后的抗壓強度及其變化特征如表2所示。試驗表明：①各強度混凝土中摻入10%粉煤灰可以達(dá)到抗硫酸鹽侵蝕要求；將粉煤灰摻量逐漸提高到20%時，在硫酸鈉溶液中經(jīng)200次凍融循環(huán)后C30、C35、C40混凝土試件的抗壓強度均達(dá)到耐久性要求，但摻20%粉煤灰的C50混凝土抗壓強度，在硫酸鈉溶液中經(jīng)200次凍融循環(huán)后明顯下降，不符合設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)要求；②在C40、C50高強度混凝土中摻入30%的S95礦粉能夠達(dá)到抗硫酸鹽侵蝕要求，但在C30、C35稍低強度混凝土中摻入30%S95礦粉，在硫酸鈉溶液中經(jīng)200次凍融循環(huán)后已低于初始的70%，不符合設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)要求；③各強度混凝土中摻入10%以上的S75礦粉，在在硫酸鈉溶液中經(jīng)200次凍融循環(huán)后抗壓強度減小至初始的70%以下，不符合設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)要求；④在各配合比強度等級下，與摻礦粉的抗硫酸鹽性能相比摻粉煤灰的混凝土明顯更優(yōu)，但試件的抗硫酸鹽性能隨摻料摻量的增加有所降低，從低到高礦物摻合料改善混凝土抗硫酸鹽性能的排序為S75礦粉

綜上分析，對于受硫酸鹽侵蝕比較嚴(yán)重的地區(qū)建議混凝土中S95礦粉摻量≤30%，粉煤灰摻量≥20%，混凝土抗硫酸鹽侵蝕性能受S75礦粉的影響較顯著不建議使用或盡量減小摻量。

3 結(jié) 論

1)將適量粉煤灰摻入水工混凝土中能夠有效改善其耐久性和力學(xué)性能，粉煤灰摻量為10%、20%、30%時，在硫酸鈉溶液中經(jīng)200次凍融循環(huán)后混凝土強度能夠達(dá)到設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)要求。各配合比強度等級下，與摻礦粉的抗硫酸鹽性能相比摻粉煤灰的混凝土明顯更優(yōu)，但試件的抗硫酸鹽性能隨摻料摻量的增加有所降低，從低到高礦物摻合料改善混凝土抗硫酸鹽性能的排序為S75礦粉

2)對于受硫酸鹽侵蝕比較嚴(yán)重的地區(qū)建議混凝土中S95礦粉摻量≤30%，粉煤灰摻量≥20%，混凝土抗硫酸鹽侵蝕性能受S75礦粉的影響較顯著不建議使用或盡量減小摻量。