排水管道防腐蝕混凝土設計與性能分析

劉芳

天津建城基業集團有限公司 天津 300301

濱海新區某地區土體屬鹽漬土，地下水中的氯鹽、硫酸鹽、鎂鹽含量都高于海水，個別路段，其鹽堿濃度超過海水10倍以上，這些環境下的排水管道使用壽命遠遠低于設計要求。地下排水管網不僅經受著地下鹽水的侵蝕，還要遭受污水本身特有的微生物腐蝕，極端情況下不足半年就要報廢，大大增加了城市維護的經濟成本，并且嚴重影響城市的生態環境和交通安全，因此，提高排水管道混凝土的防腐蝕性能尤為重要，本文就從排水管道防腐蝕混凝土的設計和性能分析角度進行研究。

1 原材料

水泥：采用P·O42．5級水泥，標準稠度用水量25．6%，比表面積360m2/kg，3d抗折強度 5．8MPa，抗壓強度29．2MPa，28d抗折強度8．6MPa，抗壓強度55．3MPa，密度3100kg/m3。

礦粉：S95級，比表面積410m2/kg，7d活性指數81%，28d活性指數100%，密度2880kg/m3。

粉煤灰：Ⅰ級，細度為7．8%，需水量比為94%，燒失量1．5%，密度2200kg/m3。

砂：Ⅱ區中砂，細度模數2．7，含泥量0．8%，表觀密度2680kg/m3。

石：5-25．0mm的連續級配碎石，壓碎值指標7%，含泥量為0．8%，表觀密度 2820kg/m3。

外加劑：聚羧酸高性能減水劑，減水率31．2%，推薦摻量2．0%。

拌和用水：自來水，符合JGJ63的要求。

2 防腐蝕混凝土配比設計

在本實驗中，混凝土配置的基準強度為C35，砂率為37%，將水灰比、粉煤灰摻量、礦粉摻量、用水量作為研究混凝土腐蝕性的影響因素，借用五因素、四水平正交試驗表L16（45），配置16 種混凝土，其中水膠比分別為 0．35，0．40，0．45，0．50，粉煤灰和礦粉摻量分別為0，10%，20%，30%，用水量150kg/m3，160kg/m3，170kg/m3，180kg/m3，同時，制作 YC1，YC2，YC3三組試塊，設計配比見表1。

表1 混凝土配合比（單位：Kg/m）3

3 實驗結果及分析

3.1 混凝土抗壓強度發展

表2 給出了各組混凝土試塊不同齡期的抗壓強度。

表2 不同齡期混凝土抗壓強度（單位：MPa）

經過對表2的極差分析可以得出，影響強度的最主要因素為水膠比，其次為礦物摻合料摻量，由此可見礦物摻合料對混凝土密實性的影響較大。礦粉對混凝土早期強度貢獻率要高于粉煤灰，對混凝土中后期強度影響也比較大，與粉煤灰相仿。而粉煤灰對早期強度貢獻較小，對水泥水化后期(一般在28d以后)表現出增強作用，這從極差分析可以看出來。當摻合料摻量過大時，膠凝材料總量中的水泥熟料含量相對較少，熟料水化生成的Ca(OH)2量較少，減少了摻合料水化反應生成C-S-H的比例，有些摻合料顆粒沒有參與火山灰反應，無有足夠的生成物填充周圍的空隙，所以摻和料摻量超過一定范圍時，混凝土強度會隨摻和料摻量的增大(水泥用量減少)呈下降趨勢。

3.2 混凝土的滲透系數測定

下圖是雙摻對混凝土滲透系數的影響；

圖1 礦物外摻量與滲透系數關系

從圖1可以看出，當水灰比一定時，隨著礦物外摻料的增加，滲透系數逐漸變小，但達到一定值時，滲透系數變大。說明摻合料摻量超出一定值時，部分摻合料顆粒沒有參與火山灰反應，無足夠的生成物填充周圍的空隙，混凝土抗滲性隨摻合料摻量的增大呈下降趨勢。

3.3 混凝土的非穩態氯離子遷移系數測定

在以上配比的基礎上，在齡期28d時，通過測定氯離子在混凝土中非穩態遷移的遷移系數來確定各配比下混凝土抗氯離子滲透性能。試驗數據見表3。

表3 各組混凝土滲透系數（單位：（10-9cm2/s））

從對表3的極差分析可知，影響混凝土抗氯離子滲透性的主要因素是：礦粉摻量—粉煤灰摻量—水膠比—用水量。圖中氯離子擴散系數DRCM小于0．4×10-9cm2/s的有G，M及N，這3組混凝土配比都有一個共同點：都摻入了礦物摻合料，其中G和N兩組混凝土配比都為“雙摻”。由此可見：在混凝土中使用“雙摻”技術對提高混凝土抗氯離子滲透性能影響很大。我們知道，礦粉和粉煤灰中的微細顆粒均勻分布在水泥顆粒之中，發生火山灰反應生成二次C-S-H凝膠，可以填充其中的孔隙，改善混凝土中水泥石的孔結構，使總的孔隙率降低，大孔數量減少，小孔數量增多，孔結構進一步細化，分布更為合理，混凝土更加密實，抗滲性能得以提高。

4 結語

通過本文實驗主要得出以下幾點結論：

礦粉對混凝土早期強度貢獻率要高于粉煤灰，對混凝土中后期強度影響也比較大，與粉煤灰相仿。而粉煤灰對早期強度貢獻較小，對水泥水化后期(一般在28d以后)表現出增強作用。當摻和料摻量超過一定范圍時，混凝土抗壓強度隨摻和料摻量的增大(水泥用量減少)呈下降趨勢。

當水灰比一定時，隨著礦物摻合料摻量的增加，滲透系數逐漸變小，但達到一定值時，滲透系數變大。

排水管道使用“雙摻”技術，使混凝土抗氯離子滲透性能提高，顯著增強混凝土的防腐蝕性。