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

(大連金普新區農業農村發展服務中心，遼寧 大連 116100)

遼寧省許多地區(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。地層中存在的侵蝕性材料對樁基礎和鋼筋混凝土結構等建設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成分與侵入的硫酸鹽反應生成難溶解的鹽類礦物，因體積膨脹引起內壓力，當該應力大于混凝土抗拉強度時就會導致開裂；對于氯鹽來講，其侵蝕機理就是混凝土內的鋼筋受氯離子作用而發生銹蝕，鐵銹體積膨脹約為原來的3-4倍，并受外界約束而產生拉應力，并進一步使得混凝土出現破碎、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雜，總體可以概括為環境條件和工作條件兩大類型[4-5]。其中，環境條件主要是凍融循環過程、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、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、評價標準、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量要求。依據規范推薦的試驗方法，對各組試件進行200次凍融循環抗硫酸鹽侵蝕試驗，設定耐蝕系數0.85。

1.2 試驗依據

試驗設計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200次，以《水工混凝土耐久性技術規范》和相關技術標準為依據進行試驗。為使各組試件吸水飽和，將養護至規定齡期前4d的水工混凝土試件按組別放入質量分數5%的Na2SO4溶液和20±2℃水中浸泡4d，達到規定齡期后放入裝有硫酸鹽溶液和水的試盒內，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200次的混凝土試樣強度。

2 抗硫酸鹽侵蝕試驗結果

2.1 工作性能

按設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次凍融循環后的抗壓強度以及兩者之比如表3所示。

表3 經硫酸鹽侵蝕的混凝土抗壓強度

續表3 經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200次凍融循環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200次凍融循環后C30、C35、C40混凝土試件的抗壓強度均達到耐久性要求，但摻20%粉煤灰的C50混凝土抗壓強度，在硫酸鈉溶液中經200次凍融循環后明顯下降，不符合設計標準要求；②在C40、C50高強度混凝土中摻入30%的S95礦粉能夠達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200次凍融循環后已低于初始的70%，不符合設計標準要求；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200次凍融循環后抗壓強度減小至初始的70%以下，不符合設計標準要求；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，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重的地區建議混凝土中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 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性能，粉煤灰摻量為10%、20%、30%時，在硫酸鈉溶液中經200次凍融循環后混凝土強度能夠達到設計標準要求。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，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重的地區建議混凝土中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。