向小龍，彭超，曾敏，陳強(qiáng)，何正斌

（湖北中建亞?wèn)|混凝土有限公司，湖北 武漢 430070）

0 引言

混凝土因其不可取代的優(yōu)越性而成為用量最大的人造材料, 在各類建設(shè)施工工程中占主體地位。常見(jiàn)普通混凝土的主要缺點(diǎn)之一就是其耐久性不足，過(guò)早老化和損壞，現(xiàn)已成為困擾世界各國(guó)的普遍問(wèn)題。

混凝土的耐久性是指結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)使用年限內(nèi)抵抗外部環(huán)境或內(nèi)部本身所產(chǎn)生的侵蝕破壞的能力[1]。抗硫酸鹽性能是混凝土耐久性的一項(xiàng)重要內(nèi)容，在隧道、鐵路、海岸、港口等工程中，由于某些地下水和海水硫酸鹽含量較高，容易造成混凝土受硫酸鹽侵蝕破壞而達(dá)不到設(shè)計(jì)年限。

因此研究混凝土的抗硫酸鹽侵蝕性能是很有現(xiàn)實(shí)意義的，我們?cè)诨炷林袚饺敕勖夯液偷V粉，通過(guò)對(duì)比試驗(yàn)來(lái)研究分析粉煤灰和礦粉對(duì)混凝土抗硫酸鹽侵蝕性能的影響。

1 原材料與試驗(yàn)方法

1.1 原材料

（1）水泥：采用洋房牌 P·O 42.5 級(jí)水泥。該水泥質(zhì)量穩(wěn)定，主要物理力學(xué)性能如表 1 所示。

表 1 水泥主要物理力學(xué)性能指標(biāo)

（2）礦物摻合料。粉煤灰使用的是電廠Ⅰ級(jí)粉煤灰，細(xì)度為 8.8%，需水量比為 88.6%，燒失量為 0.8%；礦粉使用的是 S95 級(jí)礦粉，比表面積為 376cm2/g，28d 活性為 98%，各項(xiàng)指標(biāo)均滿足規(guī)范要求。

（3）集料。細(xì)集料為河砂，細(xì)度模數(shù) 2.6，含泥量1.2%，泥塊含量 0.2%；粗集料為 5～31.5 連續(xù)級(jí)配碎石，含泥量 0.8%，泥塊含量 0.2%，壓碎指標(biāo) 14%，針片狀含量4%。

（4）減水劑。外加劑選用普通聚羧酸減水劑，固含量11.6%，減水率 26.4%。

（5）水。采用符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的自來(lái)水，各項(xiàng)指標(biāo)均滿足 JGJ 63—2006《混凝土用水標(biāo)準(zhǔn)》要求。

另外根據(jù) TB 10005—2010《鐵路混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)規(guī)范》要求，我們將所有的原材料進(jìn)行了堿含量和 Cl-含量的檢驗(yàn)，結(jié)果如表 2 所示。

表 2 原材料堿含量和 Cl- 含量 %

1.2 實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

1.2.1 混凝土配合比設(shè)計(jì)

根據(jù)試配、調(diào)整確定出普通 C35 混凝土配合比（C0 系列），再以普通混凝土為基礎(chǔ)，分別摻 30% 粉煤灰和 30% 礦粉，以及“雙摻”設(shè)計(jì)出三組配合比（C1、C2、C3系列）。詳細(xì)設(shè)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表 3。

表 3 混凝土配合比 kg/m3

根據(jù)表 2 和表 3，可以計(jì)算出 4 組配合比每組的總堿含量和氯離子含量，結(jié)果均滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，具體情況如表 4 所示。

表 4 配合比堿含量和 Cl- 含量 kg/m3

1.2.2 試驗(yàn)方案內(nèi)容

（1）混凝土常規(guī)抗壓檢測(cè)試驗(yàn)：根據(jù) GB/T 50081—2002《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》檢測(cè)各組混凝土試件的 7d 抗壓強(qiáng)度和 28d 抗壓強(qiáng)度，判斷混凝土試件是否滿足強(qiáng)度要求。

（2）混凝土抗水滲透性能：根據(jù) GB/T 50082—2009《普通混凝土長(zhǎng)期性能和耐久性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》，采用逐級(jí)加壓法，通過(guò)逐級(jí)施加水壓力來(lái)測(cè)定以抗?jié)B等級(jí)來(lái)表示混凝土的抗水滲透性能。

（3）混凝土抗硫酸鹽侵蝕試驗(yàn)：根據(jù) GB/T 50082—2009《普通混凝土長(zhǎng)期性能和耐久性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》，將100mm×100mm×100mm 的混凝土試件在 (80±5)℃和 5%Na2SO4溶液中進(jìn)行干濕循環(huán)，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)要求實(shí)驗(yàn)步驟，每個(gè)干濕循環(huán)總時(shí)間為 (24±2)h。當(dāng)抗壓強(qiáng)度耐腐蝕系數(shù)（N 次干濕循環(huán)后受硫酸鹽腐蝕的混凝土試件抗壓強(qiáng)度及其同齡期標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)的混凝土抗壓強(qiáng)度的比值）達(dá)到 75% 或達(dá)到設(shè)計(jì)抗硫酸鹽等級(jí)的 120 次干濕循環(huán)，停止試驗(yàn)。

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 混凝土抗壓強(qiáng)度檢測(cè)和抗?jié)B性能檢測(cè)結(jié)果及分析

C0～C3 四組試件經(jīng)過(guò)抗壓強(qiáng)度和抗?jié)B試驗(yàn)，結(jié)果如表 5所示。

表 5 混凝土抗壓抗?jié)B試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)表 5 得出混凝土抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果如圖 1。

圖 1 混凝土強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果

從圖 1 可以看出，C0～C3 四組試件 28d 抗壓強(qiáng)度均大于35MPa，滿足 C35 混凝土抗壓強(qiáng)度要求。同時(shí) 4 組混凝土試件的抗?jié)B等級(jí)均在 P10 以上，抗水滲透性能良好。

2.2 混凝土抗硫酸鹽侵蝕檢測(cè)結(jié)果及分析

在抗硫酸鹽侵蝕試驗(yàn)中，混凝土試件經(jīng)歷 120 次干濕循環(huán)后抗壓強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度耐腐蝕系數(shù)見(jiàn)表 6。

表 6 混凝土抗硫酸鹽侵蝕試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)表 6 繪制混凝土干濕循環(huán) N 次后的抗壓強(qiáng)度曲線圖如圖 2，抗壓強(qiáng)度耐腐蝕系數(shù)曲線圖如圖 3。

從試驗(yàn)結(jié)果可以看出，不摻粉煤灰和礦粉的 C0 組混凝土試件的抗硫酸鹽侵蝕性能最差，抗硫酸鹽侵蝕等級(jí)只有KS30，在單獨(dú)摻粉煤灰和單獨(dú)摻礦粉測(cè) C1 和 C2 組混凝土的抗硫酸鹽等級(jí)為 KS60，但是 C1 組混凝土比 C2 組混凝土強(qiáng)度下降的頻率要低，說(shuō)明摻粉煤灰比摻礦粉對(duì)提高混凝土抗硫酸鹽侵蝕性能更有效果，而“雙摻”粉煤灰和礦粉的 C3組混凝土試件抗硫酸鹽侵蝕等級(jí)達(dá)到 KS90，效果最好。

混凝土的硫酸鹽侵蝕主要影響因素有兩個(gè)方面，一是混凝土自身的抗硫酸鹽侵蝕性能，二是外界因素的影響。外界因素主要是混凝土澆筑部位所處的環(huán)境情況，是我們無(wú)法控制的，因此我們以混凝土自身的抗硫酸鹽侵蝕性能來(lái)做主要研究分析?；炷恋目沽蛩猁}侵蝕性能取決于兩個(gè)方面，膠凝材料的礦物組成和混凝土內(nèi)部孔隙結(jié)構(gòu)[2]。

混凝土出現(xiàn)硫酸鹽侵蝕主要是由于硫酸根離子與水泥石中的礦物（主要是鋁酸鹽礦物）發(fā)生物理化學(xué)作用。硫酸鹽腐蝕的實(shí)質(zhì)是膨脹性化學(xué)腐蝕，硫酸鹽與水泥石結(jié)構(gòu)中的氫氧化鈣起置換反應(yīng)，生成硫酸鈣。在經(jīng)過(guò)一系列的水化反應(yīng)后，生成高硫型水化硫鋁酸鈣，造成固相的體積膨脹。當(dāng)硫酸鹽濃度較高時(shí)，硫酸鈣會(huì)在孔隙中直接結(jié)晶生成二水石膏，造成膨脹壓力。當(dāng)膨脹內(nèi)壓力超過(guò)混凝土抗拉強(qiáng)度時(shí)引起混凝土破壞，最終影響到其強(qiáng)度?；炷恋膹?qiáng)度在開始時(shí)由于微結(jié)構(gòu)的密實(shí)而提高，但由于硫酸鹽反應(yīng)的發(fā)展，又不斷下降[3]。

因此，水泥的化學(xué)成分和礦物組成是影響硫酸鹽侵蝕程度和速度的重要因素，其中 C3A 的含量則是決定性因素；而 C3S 水化會(huì)生成 CSH，也會(huì)影響混凝土的抗硫酸鹽侵蝕性能。因此控制膠凝材料中 C3A 和 C3S 的含量有助于增強(qiáng)混凝土的抗硫酸鹽侵蝕性能，配制混凝土?xí)r摻入適量的粉煤灰和礦粉，取代一部分水泥，可以相對(duì)減少膠凝材料中 C3A 和C3S 的含量，因此混凝土的抗硫酸鹽性能相應(yīng)得以提升[4]。

圖 2 干濕循環(huán)后抗壓強(qiáng)度曲線圖

圖 3 抗壓強(qiáng)度耐腐蝕系數(shù)曲線圖

混凝土的孔隙系統(tǒng)也是混凝土抗硫酸鹽侵蝕的重要影響因素，混凝土出現(xiàn)硫酸鹽侵蝕破壞現(xiàn)象主要是由于外部環(huán)境中的硫酸根離子通過(guò)與外界連通的孔道進(jìn)入混凝土并與水泥的水化產(chǎn)物反應(yīng)生成膨脹性物質(zhì)或結(jié)晶出現(xiàn)結(jié)晶應(yīng)力，當(dāng)膨脹應(yīng)力或結(jié)晶應(yīng)力超過(guò)混凝土的抗拉強(qiáng)度時(shí)就會(huì)引起破壞。致密性好，孔隙含量少且連通孔少的混凝土可以較好地抵抗硫酸鹽侵蝕。而混凝土的孔隙率及孔分布又與混凝土各原材料及其配比、混凝土密實(shí)成型工藝、養(yǎng)護(hù)制度等多種因素有關(guān)。摻入適量的粉煤灰和礦粉，優(yōu)化了膠凝材料的微級(jí)配，同時(shí)粉煤灰的微集料效應(yīng)得以顯現(xiàn)，粉煤灰的微細(xì)顆粒均勻分布在水泥漿體內(nèi)，填充孔隙和毛細(xì)孔，大大改善了混凝土的孔結(jié)構(gòu)，增大了混凝土的密實(shí)度，使得外界的硫酸鹽進(jìn)入混凝土內(nèi)部的速度大大降低，從而增加了混凝土的抗硫酸鹽性能，這一點(diǎn)也是粉煤灰比礦粉更能夠提高混凝土抗硫酸鹽腐蝕性能的原因。

3 結(jié)論

（1）通過(guò)摻入粉煤灰和礦粉取代部分水泥來(lái)配制混凝土，有助于提高混凝土的抗硫酸鹽侵蝕性能。

（2）摻入粉煤灰比摻入礦粉對(duì)提高混凝土抗硫酸鹽腐蝕性能的效果更為明顯。

（3）“雙摻”粉煤灰和礦粉比單獨(dú)摻入粉煤灰或者礦粉，對(duì)混凝土抗硫酸鹽侵蝕性能的提升作用更為明顯。

[1] 黃其秀.復(fù)合水泥混合材組合方法的研究[J].水泥技術(shù)，2001(5): 61-64.

[2] 盛三湘.混凝土抗硫酸鹽侵蝕性能的機(jī)理及其影響因素[J].黑龍江交通科技，2010(7): 61-62.

[3] 周俊龍，楊德斌.粉煤灰水泥砂漿抗硫酸鹽侵蝕的研究[J].粉煤灰綜合利用，2002(3): 18-20.

[4] 陶嵐，邵繼新，侯文虎.“雙摻”磨細(xì)礦渣粉和粉煤灰對(duì)混凝土抗硫酸鹽侵蝕性能的影響[J].粉煤灰綜合利用，

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