外加劑與礦物摻合料對(duì)混凝土抗硫酸鹽侵蝕分析

陳 曉 宇

(中鐵一局集團(tuán)橋梁工程有限公司,陜西 渭南 714000)

外加劑與礦物摻合料對(duì)混凝土抗硫酸鹽侵蝕分析

陳 曉 宇

(中鐵一局集團(tuán)橋梁工程有限公司,陜西 渭南 714000)

為改善混凝土性能，進(jìn)行了高效減水劑、硅粉、粉煤灰、膨脹劑等外加劑與礦物摻合物對(duì)混凝土抗硫酸鹽侵蝕有效性的研究。通過(guò)試驗(yàn)證明，在混凝土中摻入高效減水劑，可以延緩混凝土侵蝕破壞，在混凝土中摻入硅粉、粉煤灰、膨脹劑等，能夠提高混凝土抗硫酸鹽侵蝕能力，并對(duì)其抗腐蝕系數(shù)的變化規(guī)律進(jìn)行了研究。

外加劑，礦物摻合料，混凝土，抗硫酸鹽侵蝕，有效性

0 引言

在我國(guó)，除了海水之外，在西部地區(qū)，如鹽堿地、鹽湖區(qū)等，其地下水中含有硫酸、硫酸鹽，在這種環(huán)境下進(jìn)行混凝土施工，硫酸與硫酸鹽對(duì)混凝土?xí)斐汕治g。當(dāng)前，我國(guó)抗硫酸鹽混凝土產(chǎn)量較低，且生產(chǎn)成本較高，難以滿足西部地區(qū)大規(guī)模的工程施工需要。在工程施工中，為改善混凝土整體性能，提高混凝土強(qiáng)度、耐久性及工作性能，經(jīng)常會(huì)在混凝土生產(chǎn)過(guò)程中摻入高效減水劑、硅粉、膨脹劑、粉煤灰等外加劑與礦物摻合料。但摻入外加劑與礦物摻合料對(duì)混凝土抗硫酸鹽侵蝕的有效性仍有待研究。本文通過(guò)試驗(yàn)的形式，對(duì)外加劑與礦物摻合料對(duì)混凝土抗硫酸鹽侵蝕的有效性研究進(jìn)行思考。

1 外加劑與礦物摻合料對(duì)混凝土抗硫酸鹽侵蝕的有效性試驗(yàn)及過(guò)程

1)試驗(yàn)原材料。

在進(jìn)行外加劑與礦物摻合料對(duì)混凝土抗硫酸鹽侵蝕的有效性試驗(yàn)研究時(shí)，為進(jìn)行對(duì)比，在選擇水泥上，選普通水泥，即OPC，與抗硫酸鹽水泥，即SRC，選擇不同水泥作為砂漿凝結(jié)材料。其熟料礦物存在著較大差異，普通水泥與抗硫酸鹽水泥熟料礦物對(duì)比表如表1所示。

表1 普通水泥與抗硫酸鹽水泥熟料礦物對(duì)比表 %

在外加劑中，選擇HRW與EA，即高效減水劑與膨脹劑；在礦物摻合料上，選擇CSF與PFA，即硅灰與粉煤灰。高效減水劑、膨脹劑、硅灰及粉煤灰化學(xué)成分具體如表2所示。

表2 高效減水劑、膨脹劑、硅灰及粉煤灰化學(xué)成分表

2)試驗(yàn)方法。

為研究混凝土抗硫酸鹽與硫酸侵蝕能力，首先需要選擇一定的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行衡量與判斷，當(dāng)前，判斷混凝土抗硫酸鹽與抗硫酸侵蝕能力的主要標(biāo)準(zhǔn)如我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)GB/T 749-2001與美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)ASTMC452，這些標(biāo)準(zhǔn)將混凝土膨脹率作為研究與判斷混凝土抗硫酸鹽侵蝕能力的重要參數(shù)，在這些標(biāo)準(zhǔn)中，存在著一定的問(wèn)題，如選擇多大混凝土膨脹率作為判斷依據(jù)，在同一種混凝土中，其膨脹率基本一致，但混凝土不同部位及不同結(jié)構(gòu)形式，其膨脹受限程度是不一致的，例如在隧道工程中拱頂與邊墻所應(yīng)用的混凝土，混凝土膨脹破壞機(jī)理是不相同的。除此之外，硫酸鹽種類不同，其對(duì)混凝土的破壞機(jī)理不同，如硫酸鎂與硫酸鈉，相比硫酸鈉來(lái)言，硫酸鎂在對(duì)混凝土侵蝕破壞的過(guò)程中，可以生成石膏，以膨脹作用對(duì)混凝土破壞，還可以形成氫氧化鎂，導(dǎo)致水泥石結(jié)構(gòu)嚴(yán)重破壞。

則有如下公式：

式中：K——混凝土抗蝕系數(shù)； fs——在溶液之中浸泡到一定期齡時(shí)該系列砂漿試件所具備的抗折強(qiáng)度；

fw——水中28d標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)時(shí)，某砂漿試件所具備的基準(zhǔn)抗折強(qiáng)度。

3)混凝土試件制備與養(yǎng)護(hù)。

不同系列膠砂試件其配合比不同，對(duì)每一個(gè)系列砂漿試件制備若干組，以方便進(jìn)行試驗(yàn)研究。當(dāng)膠砂試件完成脫模后，選擇水溫在20 ℃±2 ℃水中進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)時(shí)間為28 d，完成標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)后，選擇一組膠砂試件進(jìn)行基準(zhǔn)強(qiáng)度的檢測(cè)，將其余膠砂試件分別浸泡于密封塑料容器水、硫酸及硫酸鈉溶液中，室溫環(huán)境控制在20 ℃±2 ℃范圍內(nèi)。在硫酸溶液中，應(yīng)用硫酸滴定法，保持硫酸溶液pH值在4～4.5范圍內(nèi)，在硫酸鈉溶液中滴定硫酸鈉，將其濃度控制在10%以內(nèi)。當(dāng)膠砂試件浸泡到一定期齡后，分別選擇試件，并進(jìn)行試件的抗折與抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)。

2 外加劑與礦物摻合料對(duì)混凝土抗硫酸鹽侵蝕的有效性分析

1)摻入高效減水劑對(duì)混凝土抗硫酸鹽侵蝕有效性的研究。

選擇高效減水劑，在混凝土中摻入量為0.7%，通過(guò)對(duì)比普通混凝土試件、摻入高效減水劑普通水泥試件與摻入高效減水劑抗硫酸鹽混凝土試件的抗蝕系數(shù)的變化發(fā)現(xiàn)，不管是在硫酸鹽溶液還是硫酸鈉溶液中的混凝土其抗蝕系數(shù)均出現(xiàn)了明顯增加，然而隨著時(shí)間的推移，其抗蝕系數(shù)增加速度逐漸平穩(wěn)。普通混凝土抗蝕系數(shù)隨著時(shí)間變化十分明顯，如硫酸鈉溶液中，混凝土期齡為180 d后，其抗蝕系數(shù)衰減并完全喪失；而在硫酸溶液中，360 d后其抗蝕系數(shù)完全喪失。而摻入高效減水劑的普通混凝土，在硫酸溶液中，其抗蝕系數(shù)在半年后逐漸衰減，在720 d內(nèi)喪失。通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，摻入高效減水劑，只能延緩混凝土被硫酸鹽侵蝕的速度及時(shí)間。

2)摻入膨脹劑對(duì)混凝土抗硫酸鹽侵蝕有效性的研究。

將普通水泥砂漿試件與摻入6%，9%，12%膨脹劑的普通砂漿試件及抗硫酸水泥砂漿試件的抗蝕系數(shù)的對(duì)比發(fā)現(xiàn)，摻入不同摻量膨脹劑，對(duì)普通水泥砂漿于硫酸鈉溶液中抗蝕系數(shù)并沒(méi)有多大影響；對(duì)于硫酸鹽水泥砂漿抗蝕系數(shù)影響不大。研究表明，摻入膨脹劑，可以提高普通水泥砂漿抗硫酸以及抗硫酸鹽的有效性。

3)摻入硅灰對(duì)混凝土抗硫酸鹽侵蝕有效性的研究。

分別摻入5%，10%，15%的硅灰于砂漿試件之中，具體試件抗蝕系數(shù)經(jīng)時(shí)變化對(duì)比情況如圖1，圖2所示。

通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，不同硅灰摻量的普通水泥試件在硫酸鈉溶液中抗蝕系數(shù)相近，且變化規(guī)律上存在著一致性，720 d后，其抗蝕系數(shù)有所下降；在硫酸溶液中，硅灰摻量對(duì)試件抗蝕系數(shù)存在著較大影響。研究表明，摻入硅灰可以提高混凝土抗硫酸鹽及硫酸侵蝕能力，但應(yīng)合理控制其摻量。

4)摻入粉煤灰對(duì)混凝土抗硫酸鹽侵蝕有效性的研究。

在試件中，分別摻入15%，20%，25%粉煤灰，獲得不同試件抗蝕系數(shù)變化對(duì)比圖，見(jiàn)圖3，圖4。

通過(guò)圖3，圖4可以看出，在硫酸鈉溶液與硫酸溶液中，摻入粉煤灰，均可以有效提高混凝土抗硫酸鹽及抗硫酸有效性，且隨著粉煤灰摻量的增加，混凝土抗蝕系數(shù)明顯增加。

3 外加劑與礦物摻合料對(duì)混凝土抗硫酸鹽侵蝕的有效性研究

摻入外加劑與礦物摻合料，可以延緩或提高混凝土抗硫酸鹽有效性，但在摻入量的控制上，還需要進(jìn)一步進(jìn)行研究，如摻入高效減水劑可以提高混凝土密實(shí)度，延緩硫酸鹽侵蝕，但如將摻入高效減水劑作為解決硫酸鹽侵蝕的根本措施，顯然是錯(cuò)誤的。如摻入大量粉煤灰，在提高混凝土抗硫酸鹽侵蝕的狀況下造成生產(chǎn)成本的增加，難以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)性。為此，需要在提高混凝土抗硫酸鹽侵蝕有效性的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益。

此外，因本文試驗(yàn)所采取的基準(zhǔn)是水中標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28 d抗折強(qiáng)度，并通過(guò)其抗蝕系數(shù)的經(jīng)時(shí)變化研究混凝土抗硫酸鹽侵蝕有效性。但這種計(jì)算方法，并不能夠代表所有的混凝土產(chǎn)品，為此，需要在應(yīng)用中，根據(jù)實(shí)際情況及混凝土配合比，科學(xué)合理的評(píng)估外加劑與礦物摻合料對(duì)混凝土抗硫酸鹽侵蝕的有效性。

4 結(jié)語(yǔ)

為滿足項(xiàng)目工程施工的要求，改善混凝土性能，提出混凝土抗硫酸鹽侵蝕有效性研究。在本文中，選擇高效減水劑及膨脹劑為外加劑，選擇硅灰及粉煤灰為礦物摻合料，對(duì)外加劑與礦物摻合料對(duì)混凝土抗硫酸鹽侵蝕的有效性進(jìn)行研究。試驗(yàn)證明，摻入高效減水劑，可以有效延緩混凝土硫酸鹽及硫酸破壞，膨脹劑、硅灰、粉煤灰均可以有效提高混凝土抗蝕系數(shù)，但其摻入量應(yīng)合理控制，在保證質(zhì)量的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益。

[1] 楊 凱.酸性水腐蝕下混凝土性能的劣化與防腐技術(shù)研究[D].武漢：武漢理工大學(xué),2011.

[2] 孫玉寶,劉 清,侯 梁，等.三種聚羧酸系外加劑與水泥及礦物摻合料的相容性對(duì)比研究[J].建筑技術(shù),2012,43(1):53-55.

[3] 殷大雷,王懷文.水泥與化學(xué)外加劑的適應(yīng)性研究[J].科技信息,2013(10):460-461.

[4] 石 帥,鄧 敏,莫立武，等.礦物摻合料和外加劑對(duì)超細(xì)水泥流變性能的影響[J].混凝土,2011(10):65-68.

[5] 岳 濤,竇廣陵.外加劑與活性礦物摻合料對(duì)粉煤灰加氣混凝土性能的影響[J].浙江建筑,2011,28(1):67-71.

[6] 張 偉.海工高性能砼用雙效復(fù)合外加劑協(xié)同作用機(jī)制研究[D].南京：南京工業(yè)大學(xué),2012.

Analysis on concrete anti-sulfate erosion of additive and mineral admixture

CHEN Xiao-yu

(ChinaRailway1stBureauGroupBridgeEngineeringCo.,Ltd,Weinan714000,China)

In order to improve concrete performance, the article studies the concrete anti-sulfate erosion validity of high efficient water reducing agent, ganister sand, fly ash, expansive agent and other additive and mineral admixture. The experimental result shows that: admixing high efficiency water reducing agent into concrete can delay concrete erosion damage; adding ganister sand, fly ash and expansive agent into concrete can improve concrete anti-sulfate erosion ability. Finally, it studies the changing law of its anti-sulfate erosion coefficient.

additive, mineral admixture, concrete, anti-sulfate erosion, validity

1009-6825(2014)03-0130-03

2013-11-11

陳曉宇(1983- )，男，助理工程師

TU528.042

A