高鹽堿地區混凝土抗介質侵蝕性能研究

2019-11-29 06:52:06劉海順程亞軍羅志明趙琦

商品混凝土 2019年10期

劉海順，程亞軍，羅志明，趙琦

（新疆維吾爾自治區產品質量監督檢驗研究院，新疆烏魯木齊 830013）

0 引言

針對高鹽堿地區，主要以 SO42-、Cl-及 Mg2+等離子含量而言，其中，SO42-、Cl-對混凝土的介質侵蝕破壞最為顯著，本文以烏魯木齊市 6 個地區近 20 個工程標段所勘察收集到的地下水、土體中 SO42-、Cl-及 Mg2+含量為背景，根據其含量占比情況，選取了含量較高的SO4

2-、Cl-兩種鹽類開展本研究。

1 試驗設計

1.1 侵蝕破壞機理

硫酸鹽侵蝕破壞混凝土機理：（1）化學侵蝕，主要以水泥水化產物生成石膏、鈣礬石等化學產物，導致混凝土內部體積膨脹開裂破壞；（2）物理侵蝕，結晶壓力理論，主要包括結晶水壓力理論和鹽結晶壓力理論，其理論基礎在于混凝土孔隙分布和外界環境溫濕度雙重作用下對混凝土內部結構產生的壓力破壞。

氯鹽對混凝土結構的破壞機理：（1）優先吸附與局部酸化，破壞鈍化膜；（2）電化學腐蝕與催化作用。最終導致鋼筋銹蝕，膨脹開裂，破壞混凝土結構。

1.2 試驗方案

本試驗以烏魯木齊市地下水、地下土中硫酸鹽含量、氯鹽含量為背景，各選擇了三種不同濃度的硫酸鹽溶液和氯鹽溶液，進行選擇性耦合，并以自來水為空白參考，共計 10 種溶液。以 20℃ 和 50℃ 下不同齡期的浸泡進行對比研究，以不同齡期下的抗壓強度，質量變化率、電通量等指標進行試驗研究。

1.3 試驗

1.3.1 原材料選擇及性能

本試驗選用了水泥、粉煤灰、粒化高爐礦渣粉作為膠凝材料，以中砂作為骨料，摻加聚羧酸高性能減水劑（PCA），摻入混凝土抗侵蝕劑（CAEA）進行對比試驗，主要技術指標見表 2～6。

表 2 青松 P·O42.5R 水泥性能指標

表 3 粉煤灰性能指標 %

表 4 粒化高爐礦渣粉性能指標

表 1 浸泡溶液、溫度及齡期設定

表 5 聚羧酸高性能減水劑（PCA）性能指標

表 6 混凝土抗侵蝕劑（CAEA）性能指標

混凝土抗侵蝕劑系一種高性能混凝土液態耐腐蝕外加劑（CAEA），摻入混凝土中可對侵入混凝土中的有害離子進行吸附與絡合，抑制膨脹性腐蝕產物的生成，從而有效提升混凝土的抗硫酸鹽、鹽類腐蝕破壞的性能。

1.3.2 試驗用配合比設計

本試驗以混凝土配合比設計為基礎，采用 3 個不同的水膠比，適當的砂率進行設計，以水泥膠砂為研究對象，依據膠砂流動度為 220mm 為控制指標，控制外加劑的用量，對比摻入混凝土抗侵蝕劑（CAEA）進行試驗研究。試驗用配合比見表 7。

2 試驗結果及分析

2.1 不同齡期下的膠砂抗壓強度

20℃ 環境中，各浸泡介質、各齡期膠砂抗壓強度結果見表 8 和圖 1。50℃ 環境中，各浸泡介質、各齡期膠砂抗壓強度結果見表 9 和圖 2。

從表 8、9 和圖 1、2 可見，3 種水膠比、不同齡期、在 20℃ 的環境條件下，隨著硫酸鹽濃度的升高，膠砂試件的抗壓強度呈現先增加后降低的發展趨勢，且浸泡隨著齡期的增加，呈現的規律越明顯；而隨著氯鹽溶液濃度的增加，膠砂試件的抗壓強度變化不明顯，隨著浸泡齡期的增加，呈現增長的趨勢發展；兩種介質的混合溶液中則呈現出各自溶液在該濃度下的疊加效應。同樣的，在 50℃ 環境條件下，表現出與 20℃ 下類似的發展規律，且變化程度更明顯，但氯鹽介質長齡期浸泡下，表現出隨著濃度的增大，膠砂試件的抗壓強度降低的發展趨勢。

同時，與摻入混凝土抗侵蝕劑（CAEA）對比分析。可知，隨著抗硫酸鹽侵蝕外加劑（CAEA）的摻入，其膠砂抗壓強度受浸泡介質的影響減弱，但隨著介質浸泡齡期的增加，這種減弱趨勢降低。

2.3.2 不同齡期下的膠砂質量變化率

不同溫度、各浸泡介質下各齡期膠砂質量變化率檢測結果見表 10。

由表 10 可知，總體上，隨著溶液濃度的增加，膠砂質量變化率增加，但此規律隨著環境溫度的升高，隨著介質浸泡齡期的增加并不明顯，相關性較差，分析總結應由水化產物析出、內部結構孔隙分布，孔隙占比，以及介質進入孔隙內部進行化合，物理結晶等共同作用的結果。

2.3.3 不同侵蝕介質下膠砂 28d 電通量

20℃ 各浸泡介質下膠砂 28d 電通量檢測結果見表11。

由表 11 可見，不論是自來水中，還是硫酸鹽侵蝕介質中，隨著抗硫酸鹽侵蝕外加劑（CAEA）的摻入，電通量都有所程度的降低。分析得出，其在一定程度上優化了膠砂內部孔隙結構，降低了定向電流作用下離子的遷移效率。