硫鋁酸鹽水泥混凝土長期抵抗高濃度硫酸鹽侵蝕性能

(新疆水利管理總站， 烏魯木齊 830000)

硫酸鹽侵蝕是基礎混凝土工程常見的問題，目前混凝土抗硫酸鹽侵蝕研究較多地集中在抗硫水泥混凝土、摻超細摻合料（如粉煤灰）高性能混凝土[1-2]。但多數研究表明抗硫水泥混凝土長期抵抗硫酸鹽侵蝕能力有限；而摻超細摻合料（如粉煤灰）高性能混凝土在大摻量時抗侵蝕能力才較為顯著，但也帶來早期強度低、發展慢的問題。硫鋁酸鹽水泥是一種快硬早強水泥[3]，筆者在前期實驗研究[1,4]中認為硫鋁酸鹽水泥混凝土的抗硫酸鹽侵蝕性能要優于粉煤灰高性能混凝土，顯著優于抗硫水泥混凝土。但關于長期侵蝕時間對混凝土抗侵蝕性能的評價研究還不多。本文選取高濃度硫酸鹽溶液進行長達2年的侵蝕試驗，進一步探究硫鋁酸鹽水泥混凝土長期抵抗高濃度硫酸鹽侵蝕的性能。

1 試驗材料和方法

水泥為唐山六九水泥廠產42.5快硬硫鋁酸鹽水泥，砂為ISO標準砂，減水劑為FDN高效減水劑，緩凝劑選擇分析純硼酸，水為實驗室自來水。試驗參照《水泥抗硫酸鹽侵蝕試驗方法》（GB/T 749-2008），選擇混凝土工程常見的水灰比0.5、0.4、0.3三種（見表1），按照尺寸10 ×10 ×60 mm制配水泥膠砂試件（SAC試件），配合比見表 3。工程習慣認為中、高抗硫水泥混凝土可以抵抗硫酸根離子濃度為2500 mg/l、8000mg/l侵蝕[1]。本次試驗配制高濃度硫酸鈉溶液硫酸根離子濃度為20250 mg/l模擬侵蝕。各試件拆模后經標準養護3d(設計齡期)，一組浸泡在淡水中，一組浸泡在硫酸鈉溶液中，經浸泡1、2、6、、12、18、24月后取出進行抗折強度實驗，計算抗侵蝕系數 K（侵蝕溶液強度/淡水強度）。當K≤0.8認為試件抗蝕不合格[7]。

表1 試件配合比

2 結果及分析

表2 SAC試件的抗折強度與抗蝕系數

將測得的試件抗折強度和抗蝕系數列于表2。

2.1 SAC試件的抗侵蝕能力

根據表4的試驗數據繪制了不同水灰比的SAC試件浸泡在硫酸根離子濃度為20250 mg/l的硫酸鈉溶液中長達2年間侵蝕系數K蝕的變化曲線（見圖1）。從圖中K蝕變化趨勢可知，在達2年的高濃度硫酸鹽溶液侵蝕中，水灰比0.3、0.4、0.5的SAC試件抗蝕系數始終高于1.0，遠大于0.8破壞臨界值。在外觀上觀察侵蝕試件也未出現起砂、掉角、開裂等破壞現象。

圖1 試件在抗侵蝕系數K蝕變化

2.2 SAC、PFAC、HSR試件長期抗侵蝕能力對比

本文還與水灰（膠）比 0.4粉煤灰高性能混凝土（PFAC試件）、高抗硫水泥混凝土試件（HSR試件）進行對比。SAC試件淡水養護3天，PFAC試件粉煤灰摻量30%，淡水養護28天；HSR試件淡水養護28天進行侵蝕試驗。侵蝕對比見圖2。結果表明：SAC試件K蝕一直大于1.0，PFAC試件K蝕在24月達到破壞臨界值0.8；HSR試件K蝕在18月時接近破壞臨界值0.8。以上表明硫鋁酸鹽水泥混凝土長期抵抗搞濃度硫酸鹽侵蝕能力要顯著優于粉煤灰高性能混凝土和高抗硫水泥混凝土。

圖2 SAC、PFAC、HSR試件抗侵蝕系數K蝕變化

3 結論

水灰比為 0.3、0.4、0.5的硫鋁酸鹽水泥膠砂試件進行長達 2年的高濃度（SO42-:20250 mg/l）硫酸鹽侵蝕實驗后強度得到進一步發展，抗侵蝕系數維持在1.0以上，表明了硫鋁酸鹽水泥混凝土具有長期抵抗高濃度硫酸鹽侵蝕的能力，且長期抗硫酸鹽侵蝕性能較為穩定，要優于粉煤灰高性能混凝土，顯著優于高抗硫水泥混凝土。加之硫鋁酸鹽水泥固有的快硬早高強特點，在高寒地區、高鹽堿地區、高硫酸鹽侵蝕水土環境中使用硫鋁酸鹽水泥混凝土可以更好解決混凝土較高抗硫酸侵蝕問題。

[1]李方元,唐新軍,胡小虎等.短齡期養護條件下不同混凝土長期抗硫酸鹽侵蝕性能對比[J].粉煤灰綜合利用,2013.04.

[2]胡全,李雙喜,朱永斌.粉煤灰對高抗水泥混凝土抗侵蝕性能的影響[J].粉煤灰綜合利用,2014.08.

[3]建筑材料科學研究院水泥研究所.硫鋁酸鹽水泥水化、硬化及其特性[J].硅酸鹽學報,1978.8.

[4]李方元,唐新軍,胡全等.硫鋁酸鹽水泥混凝土的抗硫酸鹽侵蝕性能[J].混凝土與水泥制品,2012.10.

[5]阿里木江·蘇拉依曼,唐新軍,李方元等.Ⅱ級粉煤灰高性能混凝土的長期抗硫酸鹽侵蝕性能[J]. 粉煤灰綜合利用.2012.12.

[6]李雷,唐新軍,朱鵬飛等.高抗硫酸鹽水泥混凝土抗硫酸鹽、鎂鹽雙重侵蝕性能初探[J].水利與建筑工程學報.2016.06.

[7]李雙喜.短齡期養護條件下高抗硫硅酸鹽水泥的抗侵蝕能力初探[J]. 粉煤灰綜合利用.2016.08.