排水管道防腐蝕混凝土設(shè)計與性能分析

劉芳

天津建城基業(yè)集團有限公司 天津 300301

濱海新區(qū)某地區(qū)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(huán)境下的排水管道使用壽命遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于設(shè)計要求。地下排水管網(wǎng)不僅經(jīng)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(jīng)濟成本，并且嚴(yán)重影響城市的生態(tài)環(huán)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(shè)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(biāo)準(zhǔn)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(shù)81%，28d活性指數(shù)100%，密度2880kg/m3。

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

砂：Ⅱ區(qū)中砂，細(xì)度模數(shù)2．7，含泥量0．8%，表觀密度2680kg/m3。

石：5-25．0mm的連續(xù)級配碎石，壓碎值指標(biāo)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(shè)計

在本實驗中，混凝土配置的基準(zhǔn)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(shè)計配比見表1。

表1 混凝土配合比（單位：Kg/m）3

3 實驗結(jié)果及分析

3.1 混凝土抗壓強度發(fā)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(jīng)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(xiàn)出增強作用，這從極差分析可以看出來。當(dāng)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(yīng)生成C-S-H的比例，有些摻合料顆粒沒有參與火山灰反應(yīng)，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(shù)測定

下圖是雙摻對混凝土滲透系數(shù)的影響；

圖1 礦物外摻量與滲透系數(shù)關(guān)系

從圖1可以看出，當(dāng)水灰比一定時，隨著礦物外摻料的增加，滲透系數(shù)逐漸變小，但達到一定值時，滲透系數(shù)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(yīng)，無足夠的生成物填充周圍的空隙，混凝土抗?jié)B性隨摻合料摻量的增大呈下降趨勢。

3.3 混凝土的非穩(wěn)態(tài)氯離子遷移系數(shù)測定

在以上配比的基礎(chǔ)上，在齡期28d時，通過測定氯離子在混凝土中非穩(wěn)態(tài)遷移的遷移系數(shù)來確定各配比下混凝土抗氯離子滲透性能。試驗數(shù)據(jù)見表3。

表3 各組混凝土滲透系數(shù)（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(shù)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(shù)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(xì)顆粒均勻分布在水泥顆粒之中，發(fā)生火山灰反應(yīng)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(jié)構(gòu)，使總的孔隙率降低，大孔數(shù)量減少，小孔數(shù)量增多，孔結(jié)構(gòu)進一步細(xì)化，分布更為合理，混凝土更加密實，抗?jié)B性能得以提高。

4 結(jié)語

通過本文實驗主要得出以下幾點結(jié)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(xiàn)出增強作用。當(dāng)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(dāng)水灰比一定時，隨著礦物摻合料摻量的增加，滲透系數(shù)逐漸變小，但達到一定值時，滲透系數(shù)變大。

排水管道使用“雙摻”技術(shù)，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。