排水管道防腐蚀混凝土设计与性能分析

刘芳

天津建城基业集团有限公司 天津 300301

滨海新区某地区土体属盐渍土，地下水中的氯盐、硫酸盐、镁盐含量都高于海水，个别路段，其盐碱浓度超过海水10倍以上，这些环境下的排水管道使用寿命远远低于设计要求。地下排水管网不仅经受着地下盐水的侵蚀，还要遭受污水本身特有的微生物腐蚀，极端情况下不足半年就要报废，大大增加了城市维护的经济成本，并且严重影响城市的生态环境和交通安全，因此，提高排水管道混凝土的防腐蚀性能尤为重要，本文就从排水管道防腐蚀混凝土的设计和性能分析角度进行研究。

1 原材料

水泥：采用P·O42．5级水泥，标准稠度用水量25．6%，比表面积360m2/kg，3d抗折强度 5．8MPa，抗压强度29．2MPa，28d抗折强度8．6MPa，抗压强度55．3MPa，密度3100kg/m3。

矿粉：S95级，比表面积410m2/kg，7d活性指数81%，28d活性指数100%，密度2880kg/m3。

粉煤灰：Ⅰ级，细度为7．8%，需水量比为94%，烧失量1．5%，密度2200kg/m3。

砂：Ⅱ区中砂，细度模数2．7，含泥量0．8%，表观密度2680kg/m3。

石：5-25．0mm的连续级配碎石，压碎值指标7%，含泥量为0．8%，表观密度 2820kg/m3。

外加剂：聚羧酸高性能减水剂，减水率31．2%，推荐掺量2．0%。

拌和用水：自来水，符合JGJ63的要求。

2 防腐蚀混凝土配比设计

在本实验中，混凝土配置的基准强度为C35，砂率为37%，将水灰比、粉煤灰掺量、矿粉掺量、用水量作为研究混凝土腐蚀性的影响因素，借用五因素、四水平正交试验表L16（45），配置16 种混凝土，其中水胶比分别为 0．35，0．40，0．45，0．50，粉煤灰和矿粉掺量分别为0，10%，20%，30%，用水量150kg/m3，160kg/m3，170kg/m3，180kg/m3，同时，制作 YC1，YC2，YC3三组试块，设计配比见表1。

表1 混凝土配合比（单位：Kg/m）3

3 实验结果及分析

3.1 混凝土抗压强度发展

表2 给出了各组混凝土试块不同龄期的抗压强度。

表2 不同龄期混凝土抗压强度（单位：MPa）

经过对表2的极差分析可以得出，影响强度的最主要因素为水胶比，其次为矿物掺合料掺量，由此可见矿物掺合料对混凝土密实性的影响较大。矿粉对混凝土早期强度贡献率要高于粉煤灰，对混凝土中后期强度影响也比较大，与粉煤灰相仿。而粉煤灰对早期强度贡献较小，对水泥水化后期(一般在28d以后)表现出增强作用，这从极差分析可以看出来。当掺合料掺量过大时，胶凝材料总量中的水泥熟料含量相对较少，熟料水化生成的Ca(OH)2量较少，减少了掺合料水化反应生成C-S-H的比例，有些掺合料颗粒没有参与火山灰反应，无有足够的生成物填充周围的空隙，所以掺和料掺量超过一定范围时，混凝土强度会随掺和料掺量的增大(水泥用量减少)呈下降趋势。

3.2 混凝土的渗透系数测定

下图是双掺对混凝土渗透系数的影响；

图1 矿物外掺量与渗透系数关系

从图1可以看出，当水灰比一定时，随着矿物外掺料的增加，渗透系数逐渐变小，但达到一定值时，渗透系数变大。说明掺合料掺量超出一定值时，部分掺合料颗粒没有参与火山灰反应，无足够的生成物填充周围的空隙，混凝土抗渗性随掺合料掺量的增大呈下降趋势。

3.3 混凝土的非稳态氯离子迁移系数测定

在以上配比的基础上，在龄期28d时，通过测定氯离子在混凝土中非稳态迁移的迁移系数来确定各配比下混凝土抗氯离子渗透性能。试验数据见表3。

表3 各组混凝土渗透系数（单位：（10-9cm2/s））

从对表3的极差分析可知，影响混凝土抗氯离子渗透性的主要因素是：矿粉掺量—粉煤灰掺量—水胶比—用水量。图中氯离子扩散系数DRCM小于0．4×10-9cm2/s的有G，M及N，这3组混凝土配比都有一个共同点：都掺入了矿物掺合料，其中G和N两组混凝土配比都为“双掺”。由此可见：在混凝土中使用“双掺”技术对提高混凝土抗氯离子渗透性能影响很大。我们知道，矿粉和粉煤灰中的微细颗粒均匀分布在水泥颗粒之中，发生火山灰反应生成二次C-S-H凝胶，可以填充其中的孔隙，改善混凝土中水泥石的孔结构，使总的孔隙率降低，大孔数量减少，小孔数量增多，孔结构进一步细化，分布更为合理，混凝土更加密实，抗渗性能得以提高。

4 结语

通过本文实验主要得出以下几点结论：

矿粉对混凝土早期强度贡献率要高于粉煤灰，对混凝土中后期强度影响也比较大，与粉煤灰相仿。而粉煤灰对早期强度贡献较小，对水泥水化后期(一般在28d以后)表现出增强作用。当掺和料掺量超过一定范围时，混凝土抗压强度随掺和料掺量的增大(水泥用量减少)呈下降趋势。

当水灰比一定时，随着矿物掺合料掺量的增加，渗透系数逐渐变小，但达到一定值时，渗透系数变大。

排水管道使用“双掺”技术，使混凝土抗氯离子渗透性能提高，显著增强混凝土的防腐蚀性。