張 寅 孫明海

(河套學(xué)院土木工程系 巴彥淖爾 015000)

在我國中西部地區(qū)，由于環(huán)境濕度較低，土壤中的硫酸鹽不斷沉積形成了高濃度的硫酸鹽，對路基下復(fù)合地基樁體等混凝土材料或結(jié)構(gòu)產(chǎn)生明顯的腐蝕效應(yīng)。與此同時，沉積在孔隙中的硫酸鹽經(jīng)歷了循環(huán)的晶相變化，進(jìn)一步與水泥基體發(fā)生反應(yīng)生成較大體積的鈣礬石。該過程不僅會分解硬化的水泥漿體，還會在混凝土內(nèi)部產(chǎn)生較大的內(nèi)脹力，從而使混凝土中形成新的裂縫并使混凝土劣化過程加速[1]。實際工程中，在樁基混凝土施工中常采用高抗硫水泥或摻加阻銹劑等方式以解決混凝土的防腐蝕缺點。但此方法存在以下缺點：①工程成本較高；②防腐效果是否能達(dá)到預(yù)期目的尚不能明確。

為此，國內(nèi)外學(xué)者對混凝土抗硫酸鹽侵蝕性能進(jìn)行了大量研究。研究發(fā)現(xiàn)，加入粉煤灰、偏高嶺土、硅石、礦粉等輔助膠凝材料作為總膠凝體系的一部分，可提高混凝土的耐久性，確保這些地區(qū)混凝土基礎(chǔ)設(shè)施的安全性[2]。

因此，本文主要通過試驗確定不同配合料、不同配合比和不同添加劑的高抗硫水泥混凝土(水泥、粉煤灰、礦粉)的抗硫酸鹽腐蝕性能及抗?jié)B性能，提出以普通水泥、粉煤灰或礦粉為基礎(chǔ)材料的混凝土抗腐蝕樁身材料。最終在鋼筋混凝土灌注樁施工及其他地下混凝土構(gòu)件使用中，達(dá)到抵抗硫酸鹽侵蝕的目的，從而滿足建筑物設(shè)計使用壽命的要求。

1 試驗材料及試驗方案

如表1所示，本試驗主要設(shè)計了C30，C40及C45 3種強度的混凝土，水泥采用P·O 42.5的普通硅酸鹽水泥及P·S 42.5的抗硫酸鹽水泥。摻合料主要考慮了粉煤灰和礦粉。粉煤灰主要采用II級粉煤灰，礦渣粉主要采用S75和S95 2種。

在上述配比的基礎(chǔ)上，適量加入普通減水劑或硅粉以改善混凝土的性能。按照表1中所給出的試驗方案進(jìn)行試驗，重點考察不同因素的影響。

表1 混凝土抗硫酸鹽和抗?jié)B透試驗方案

注：“+”表示做的項目；“-”表示不做的項目，“硅粉”表示摻入硅粉作為添加劑來進(jìn)行試驗。

2 混凝土耐久性試驗

根據(jù)GB/T 50082-2009, 對于每組開展抗硫酸鹽侵蝕試驗的試件進(jìn)行干-濕循環(huán)150次后，再測其抗壓強度。試驗發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過50次硫酸鹽侵蝕后，試件基本完好。而經(jīng)過150次硫酸鹽侵蝕后，試件破壞較為嚴(yán)重。圖1和圖2分別為普通硅酸鹽水泥混凝土和高抗硫水泥混凝土(GK)經(jīng)抗硫酸鹽腐蝕后的強度試驗結(jié)果，以及與未經(jīng)過硫酸鹽腐蝕混凝土的28 d抗壓強度的(退化)百分比。

圖1 普通硅酸鹽水泥混凝土試驗結(jié)果

圖2 高抗硫水泥混凝土試驗結(jié)果

由圖1，2可以看出，不同水泥種類和強度等級的混凝土并添加相應(yīng)比例的粉煤灰和礦粉，經(jīng)過150次硫酸鹽侵蝕后，抗壓強度均呈下降趨勢。高抗硫水泥混凝土各配合比下的抗硫酸鹽性能均優(yōu)于普通混凝土，高抗水泥中的“C30 S75礦粉摻量30%”和“C30 S95礦粉摻量30%”的抗硫酸鹽性能明顯高于普通水泥混凝土的抗硫酸鹽性能。

在經(jīng)歷150次硫酸鹽干-濕循環(huán)作用后，C30混凝土強度降低幅度明顯大于C40混凝土?；炷敛牧系膹姸戎饕揽颗浜媳仍O(shè)計中的水灰比來調(diào)整，強度高的混凝土材料水灰比較低，內(nèi)部孔隙率較低，材料較密實，因此抵抗硫酸鹽侵蝕的能力也較強。

對比各試驗組，強度較高的C40混凝土抗硫酸鹽性能較優(yōu)。高抗水泥可明顯提高混凝土的抗硫酸鹽性能，而摻合料與高抗水泥復(fù)合作用，可使混凝土的抗硫酸鹽侵蝕性能進(jìn)一步提高。此外，粉煤灰對混凝土的抗硫酸鹽性能有一定改善，但其作用效果不如S95礦粉明顯，而S75礦粉對混凝土的抗硫酸鹽性能會產(chǎn)生不利影響，不建議使用。

3 混凝土的抗?jié)B性能試驗

高抗硫混凝土抗?jié)B性能試驗采用頂面直徑為175 mm，底面直徑為185 mm，高度為150 mm的圓臺體。抗?jié)B試件6個為1組。澆筑成型后，拆模時用鋼絲刷將兩端面水泥漿膜刷去，并在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室養(yǎng)護(hù)28 d后送入實驗室，直至試驗。試驗開始前1 d，首先將試件取出，晾干表面，并在側(cè)面涂抹密封材料；隨后在加壓裝置上，將試件壓入經(jīng)預(yù)熱過的模具中，冷卻后方可解除壓力進(jìn)行抗?jié)B試驗。試驗開始后，水壓初值為0.1 MPa，每隔8 h水壓增加0.1 MPa，試驗過程中要隨時注意觀察試件端面滲水情況。當(dāng)試件端面出現(xiàn)滲水情況時，停止試驗，并記下水壓。

混凝土的抗?jié)B標(biāo)號以每組6個試件中4個試件未出現(xiàn)滲水時的最大水壓力計算[3-4]，其計算式為

P=10H-1

式中:P為混凝土抗?jié)B等級，H為6個試件中3個試件滲水時的水壓力，MPa，試驗結(jié)果見表2。

表2 抗?jié)B性試驗結(jié)果

由表2可見，C30和C45混凝土均能夠滿足P15的抗?jié)B等級要求。當(dāng)摻有20%的粉煤灰時，混凝土的抗?jié)B性得到明顯改善，當(dāng)摻有30%的S75礦渣時，混凝土的抗?jié)B性能會降低，C30混凝土最終滲水壓力由1.6 MPa降為1.4 MPa，而C45混凝土最終滲水壓力也由>1.6 MPa降為1.5 MPa，降低幅度較大。對比C45和C30混凝土，混凝土強度等級越高抗?jié)B性也較好，高強度等級混凝土的水灰比低，密實度較高，因此也具有更好的抗?jié)B性能。在摻入30%的S75礦渣情況下，C45混凝土受到的影響也明顯小于C30混凝土。

綜上所述，提高混凝土的強度可顯著改善混凝土的抗?jié)B性能，在混凝土中摻入粉煤灰可進(jìn)一步提高混凝土的抗?jié)B性能，而S75礦渣則會明顯降低混凝土抗?jié)B性，建議謹(jǐn)慎使用，尤其是在抗壓強度較低的C30混凝土中。

4 結(jié)論

1) 在混凝土中摻入一定量的粉煤灰可在滿足混凝土基本力學(xué)性能的前提下改善混凝土的抗硫酸鹽侵蝕性能和抗?jié)B性。混凝土強度越高，提升效果越明顯。

2) 高抗硫水泥混凝土的抗硫酸性能均優(yōu)于普通硅酸鹽混凝土，礦粉對其抗硫酸鹽性能的影響還與礦粉種類和混凝土強度有關(guān)。

3) 粉煤灰對混凝土抗硫酸鹽侵蝕性能和抗?jié)B性能的改善均優(yōu)于礦粉。尤其對于S75礦粉，其對混凝土的抗硫酸鹽性能和抗?jié)B性會產(chǎn)生不利影響。因此，在實際工程中應(yīng)謹(jǐn)慎使用。

[1] BAGHERI A R, ZANGANEH H. Comparison of rapid tests for evaluation of chloride resistance of concrete with supplementary cementitious materials[J].Journal of Materials in Civil Engineering,2012,24(1):1175-1182.

[2] THOMAS M, HOOTON R D, ROGERS C, et al. 50 ye-ars old and still going strong[J].Concrete International,2012,34(1):35-40.

[3] 普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法:GB/T 50082-2009[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2009.

[4] 崔磊,陳艷華.膠粉表面改性對LC50高強輕質(zhì)混凝土力學(xué)性能的影響及機理研究[J].武漢理工大學(xué)學(xué)報(交通科學(xué)與工程版),2017,41(6):949-953.