高抗硫酸盐混凝土抗侵蚀性能研究及工程应用

张龙 张亚峰 姜磊

摘要：论文研究了不同掺量的矿渣粉和粉煤灰在不同浓度的硫酸盐、镁盐双重侵蚀溶液作用下的抗侵蚀能力，并测定了各龄期的抗蚀系数，结果表明当矿物掺合料的掺量为25%时，混凝土能较好的抵抗侵蚀，且矿渣粉的效果优于粉煤灰，论文根据试验结果，配制出工作性能、抗氯离子渗透及抗侵蚀性能良好的C35高抗硫酸盐混凝土，成功应用于某灌注桩的浇筑。

Abstract： The paper studied the anti-erosion ability of slag powder and fly ash with different concentrations under the action of different concentrations of sulfate and magnesium salts， and measured the corrosion resistance of all ages. The results showed that when the mineral admixture was 25%， the concrete can resist erosion better， and the effect of slag powder was better than fly ash. Based on the test results， the paper formulated C35 sulfate concrete with high work performance， resistance to chloride ion penetration and erosion resistance， which was successfully applied to the pouring of a cast-in-situ pile.

關键词：硫酸盐;抗蚀系数;矿物掺合料;工程应用

Key words： sulfate;corrosion resistance;mineral admixture;engineering application

中图分类号：TU528                                     文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2020）15-0175-03

0  引言

随着建筑行业的快速发展，当今混凝土结构工程具有大跨、高层、重载的特点，而且要求能在环境恶劣的条件下具有长期的服役年限。但混凝土的组成材料具有多样性、复杂性，造成工程破坏的因素也很多，因此亟需对混凝土的长期性能进行深入研究。而混凝土耐久性中一项重要的内容就是硫酸盐侵蚀，它是造成混凝土材料失效的主要因素之一，且因其危害严重、形成因素复杂，长期以来受到国内外学者的广泛关注[1-4]。

论文以云南某高速公路桥梁为例，其段内第三系砾岩中夹杂石膏矿，岩石表面呈灰白色、白色，属于盐渍岩土，经分析检测，石膏矿石经取样试验后具有中溶性、弱膨胀性和强腐蚀性，加之工程环境内气温高且单点暴雨集中，加剧了腐蚀性离子的侵蚀速度。因此论文开展矿物掺合料对混凝土抗硫酸盐侵蚀性能的研究，以期为类似地区的工程建设提供一定的借鉴。

1  原材料

水泥为富民P.HSR 42.5水泥，性能指标见表1;掺合料为S75级矿渣粉和Ⅱ级粉煤灰，性能指标见表2和表3;砂为ISO标准砂;拌合材料使用自来水，侵蚀溶液制备使用蒸馏水。

2  试验方法及配合比

抗硫酸盐侵蚀试验：依据GB/T749-2008《水泥抗硫酸盐侵蚀试验方法》中“浸泡抗蚀性能试验方法”（K法）进行胶砂的抗侵蚀试验。表4为试验胶砂配合比，表5为侵蚀溶液浓度。

3  试验结果与分析

根据表4所示配合比进行试验，得出各组胶砂试件分别在R1、R2、R3溶液中经2个月、4个月、6个月侵蚀后的抗蚀系数，结果如图1～图3所示。

由图1～图3可知：①各组试件经6个月的侵蚀，其抗蚀系数随溶液浓度的增大和龄期的延长差异较大，且试件的抗蚀系数随溶液浓度的增加表现出明显的下降。②由A0组可知，在较低浓度R1溶液的侵蚀下，试件的抗蚀系数在6个月时依旧大于0.8，但在R2溶液中，抗蚀系数发生明显下降，6个月时试件已接近破坏，进而在R3溶液中4个月时其抗蚀系数已小于0.8，产生破坏，说明在较低浓度时，仅使用高抗硫酸盐水泥对混凝土的抗侵蚀能力有一定的改善作用，但在较高浓度侵蚀溶液中已失去作用。③矿物掺合料有助于提高混凝土抵抗侵蚀的能力，且抗侵蚀能力随掺量的增加具有先增高后降低的发展趋势，当掺量为25%时，抗侵蚀效果最佳，这是由于在此掺量下，矿物掺合料不仅可以较好地发挥活性作用，试件强度较高，同时还能起到良好的填充效果，试件内部致密，孔隙较少，能有效抵抗外来侵蚀介质的渗透。④使用矿渣粉的抗侵蚀能力整体上高于粉煤灰，当掺量为25%时，使用矿渣粉的试件（K2），在R3溶液中经6个月侵蚀后发生破坏，而使用粉煤灰的试件（F2），在R3溶液中4个月时抗蚀系数为0.79，遭到破坏。这是因为两者的活性不同，矿渣粉的活性较粉煤灰发展快。在早期侵蚀阶段，掺矿渣粉的试件强度较高，抗侵蚀性能的较好，而粉煤灰的活性发展较慢，随着龄期的增加，钙矾石等膨胀性生成物物增多，且占据主要地位，此时，使用粉煤灰的试件抗侵蚀能力就较弱[5]。

4  工程应用

以云南某桥灌注桩为例，采用C35高抗硫酸盐水泥混凝土，根据上文研究结果，采用25%的矿渣粉掺量，河砂细度模数2.8，4.75mm～22.5mm连续级配碎石，固含量15%的高性能聚羧酸减水剂，C35高抗硫酸盐混凝土的配合比如表6所示。

结合胶砂试件的抗侵蚀性能，进一步研究混凝土的抗氯离子渗透性能，根据《普通混凝长期性能和耐久性能试验方法》GB/T 50082-2009，选用电通量法。结果如表7所示。

试验结果表明采用25%矿渣粉的C35高抗硫酸盐混凝土，其致密性良好，内部孔隙较少，抗氯离子渗透等级达到Ⅳ级，可以有效的抵抗外来介质的渗透及侵蚀，具有良好的抗渗、抗侵蚀能力。

因此，采用表5所示配合比实施灌注桩混凝土的浇筑，并对混凝土的工作性能进行检测，结果如表8所示。

从表8可以看出，混凝土的工作性良好，经时损失较小，满足施工要求，此次浇筑过程稳定连续，无堵管问题产生，最终顺利完成灌注桩的施工。

5  结论

①矿物掺合料有利于提高混凝土的抗侵蚀能力，但随着侵蚀溶液浓度提高和龄期的延长，抗侵蚀能力减弱，当矿物掺合料的掺量为25%时，混凝土的抗侵蚀能力效果最佳，且矿渣粉优于粉煤灰。

②結合试验研究，采用高抗硫酸盐水泥及25%掺量的矿渣粉，经合理的配合比设计，成功完成了灌注桩C35高抗硫酸盐混凝土的浇筑，期间混凝土工作性良好，抗氯离子渗透性能达到Ⅳ级，综合性能良好。

参考文献：

[1]叶建雄，杨长辉，周熙，等.掺合料混凝土抗硫酸盐性能及评价方法[J].重庆建筑大学学报，2006，28（4）：118-120.

[2]陈波，刘雪娟，白银，等.矿物掺合料掺量对钻孔灌注桩混凝土耐蚀性的影响[J].水电能源科学，2016，34（7）：131-134.

[3]黄维蓉，张淑林，黄星.多元掺合料混凝土抗硫酸盐侵蚀性能试验研究[J].混凝土，2011（9）：64-67.

[4]李雷，唐新军，朱鹏飞，等.高抗硫酸盐水泥混凝土抗硫酸盐、镁盐双重侵蚀性能初探[J].水利与建筑工程学报，2016，14（3）：197-199，231.

[5]王晓波，董芸.不同矿物掺和料混凝土抗硫酸盐侵蚀性能研究[J].人民长江，2019，50（5）：156-159，175.

作者简介：张龙（1985-），男，云南昆明人，本科，工程师，研究方向为混凝土材料;张亚峰（1990-），男，河南洛阳人，硕士，助理工程师，研究方向为混凝土材料;姜磊（1988-），男，宁夏中卫人，硕士，工程师，研究方向为混凝土材料。