鹽漬土地區輸電線路基礎混凝土抗硫酸鹽腐蝕試驗研究

汪春風 李志宏 張 斌 馬安剛 于本田 王繼林

（1國網甘肅省電力公司經濟技術研究院，甘肅 蘭州 730030；2甘肅眾聯建設工程科技有限公司，甘肅 蘭州 730070；3蘭州交通大學土木工程學院， 甘肅 蘭州 730070）

1 引 言

圖1 輸電線路在甘肅境內河西地區位置示意圖

圖2 我國鹽漬土分布示意圖

昌吉-古泉±1100kV特高壓直流輸電線路工程起點位于新疆準東五彩灣換流站，終點為安徽皖南換流站，線路全長約3256.5km（含長江大跨越3.143km），航空線長度為2963.8km，線路曲折系數1.11，沿線途經新疆、甘肅、寧夏、陜西、河南、安徽6省，其中線路途經甘肅省境內河西地區2市4縣（區），線路長度158.083km，海拔高程分布于1500～2000m之間[1]。輸電線路在甘肅境內河西地區位置如圖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河西地區基本位于鹽漬土分布地區，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，對混凝土結構具有強腐蝕作用。硫酸鹽環境中的侵蝕性離子進入混凝土內部，與水泥石中某些組分反應生成膨脹性的侵蝕產物。當膨脹應力達到一定程度時就會造成混凝土開裂、剝落及強度損失。尤其當混凝土建筑物位于易產生水位變動的環境時，干濕循環作用會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混凝土結構的使用年限本文進行了不同強度等級混凝土的硫酸鹽干濕循環試驗，測試了混凝土在標準養護條件和硫酸鹽腐蝕條件下混凝土強度變化規律，分析輸電線路基礎混凝土在硫酸鹽腐蝕作用下的劣化規律。

2 試 驗

2.1 原材料

1）水泥

試驗用水泥為張掖市巨龍建材有限公司生產的42.5級普通硅酸鹽水泥，水泥的主要物理、力學指標如表1所示，其余指標均滿足《通用硅酸鹽水泥》（GB 175-2007）的技術要求。

表1 試驗用水泥主要物理、力學指標

表2 試驗用粉煤灰主要物理、化學指標

表3 防腐阻銹高效外加劑指標

表4 不同強度等級混凝土配合比（kg/m3）

2）粉煤灰

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

3）粗、細骨料

粗骨料采用臨澤縣盛邦石料廠的級配碎石。碎石符合5～31.5mm連續級配，含泥量為0.8%、泥塊含量為0.2%，緊密空隙率為43%。細骨料采用臨澤縣盛邦石料廠生產的天然砂。砂的細度模數為3.0，為2區中砂，含泥量為1.4%、泥塊含量為0.8%，空隙率為43%。砂、碎石其余指標均符合《普通混凝土用砂、石質量及檢驗方法標準》（JGJ 52-2006）中的配制C55以下強度等級混凝土的要求。

4）減水劑

減水劑采用張掖市建鑫新型節能建材廠生產的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抗壓強度比為151%，28d抗壓強度比為143%。其余物理、化學指標均符合《混凝土外加劑》（GB 8076-2008）中的技術要求。

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的DY-6防腐阻銹高效外加劑。其主要技術指標如表3所示。

2.2 混凝土配合比

根據昌吉-古泉±1100kV特高壓直流輸電線路工程基礎對混凝土強度等級的要求不同，試驗配制了C30、C35、C40、C45共4個強度等級的混凝土，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《普通混凝土拌合物性能試驗方法標準》（GB/T 50080-2016）實測混凝土的坍落度均在160±20mm之間。

2.3 試驗方法

為分析硫酸鹽腐蝕對混凝土性能影響的程度，混凝土抗硫酸鹽腐蝕試驗采用《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法標準》（GB/T 50082-2009）的方法，即將每一強度等級的混凝土制作成100mm×100mm×100mm的立方體共計11組33塊，其中1組在標準養護28d后進行抗壓強度測試，另外10組在28d后分成兩部分，其中試驗組5組，置入5%硫酸鈉溶液的混凝土硫酸鹽干濕循環箱，進行干濕循環試驗，如圖3所示；對比組5組，繼續標準養護，與進行干濕循環試驗的試件同時進行抗壓強度試驗。強度試驗按照《普通混凝土力學性能試驗方法標準》（GB/T 50081-2002）進行。

圖3 硫酸鹽干濕循環

圖4 硫酸鹽干濕循環試件與標準養護試件

3 試驗結果與分析

表5和圖5～圖8為不同強度等級混凝土試件在不同硫酸鹽干濕循環次數后與對應標準養護的試件抗壓強度測試結果。

表5 不同強度等級混凝土硫酸鹽干濕循環與對應標準養護抗壓強度（MPa）

圖5 C30混凝土抗壓強度

圖6 C35混凝土抗壓強度

圖7 C40混凝土抗壓強度

由表5和圖5～圖8分析可知，在標準養護條件下各強度等級的混凝土隨著養護齡期的增長，其抗壓強度也隨之增長。這主要是因為不同強度等級的混凝土中都摻入一定量的粉煤灰，粉煤灰早期水化反應速度慢，后期由于二次水化反應即火山灰作用效應，粉煤灰中活性SiO2、Al2O3在水泥熟料中C3S、C2S的水化產物Ca(OH)2激發作用下，與水發生反應，生成更加致密和強度更高的C-S-H膠體，使得混凝土的后期強度會有所增長，另外由于粉煤灰本身顆粒較水泥顆粒細小，在混凝土中發揮微骨料填充效應，也使得混凝土后期更加密實，強度提高。而且，強度提高的趨勢是水膠比越大的混凝土，其強度增長幅度越大，這是因為水膠比越大，凝結硬化的混凝土內部孔隙越多，而后期越易被填充。

圖8 C45混凝土抗壓強度

在硫酸鈉溶液干濕循環條件下，不同強度等級混凝土隨著干濕循環次數的增長，其抗壓強度呈先提高后降低的趨勢。這主要是早期硫酸鈉溶液滲入混凝土內部孔隙中，在溫度較高時結晶填充孔隙，但由于此時膨脹應力較小，未導致凝結硬化的混凝土發生開裂，且由于填充了混凝土內部孔隙，使得混凝土更加密實，使混凝土強度有一定的提高，但隨著干濕循環的次數的增多，結晶不斷產生膨脹應力，使混凝土內部原有裂縫進一步擴展、連通，導致混凝土強度開始下降。但不同強度等級的混凝土存在兩點不同，一是強度出現降低時的循環次數不同，強度等級低的混凝土其強度在循環次數較少時就會出現下降，而強度等級較高的混凝土出現強度下降的循環次數明顯延遲，C30混凝土強度降低出現在干濕循環60次后；C35混凝土強度降低出現在干濕循環80次后；C40混凝土強度降低出現在干濕循環80次后；C45混凝土強度降低出現在干濕循環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入混凝土內部，因此其強度在經過120次干濕循環后，雖然相對中間過程有所降低，但仍高于標準養護28d時強度，而C30、C35混凝土由于水膠比較大，在經歷120次干濕循環后其強度損失較大，遠低于標準養護28d時強度。

4 結 語

1）標準養護條件下的不同強度等級的混凝土隨著養護齡期的增加，其強度提高，低強度等級的混凝土后期強度在標準養護條件下提高的幅度越大。

2）在硫酸鹽干濕循環作用下，不同強度等級的混凝土的抗壓強度都遵循著先提高后降低的趨勢。但強度由升轉降所對應的干濕循環次數不同，強度等級越高的混凝土出現的越晚，且強度等級高的混凝土經過120次干濕循環后強度仍高于標準養護28d強度。

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