李時(shí)媛

(朝陽(yáng)市凌河治理保護(hù)工程質(zhì)量監(jiān)督站，遼寧 朝陽(yáng) 122000)

1 概述

生物質(zhì)能源目前仍舊是我國(guó)廣大農(nóng)村地區(qū)的重要能源形式，由于其具有良好的生態(tài)屬性，因此具有良好的發(fā)展空間。但是，大量的生物質(zhì)燃燒產(chǎn)生的灰渣也是重要的環(huán)境污染源，這也成為阻礙生物質(zhì)產(chǎn)業(yè)未來(lái)發(fā)展的重要因素。我國(guó)作為農(nóng)業(yè)大國(guó)，生物質(zhì)能源十分豐富，特別是隨著養(yǎng)殖業(yè)和畜牧業(yè)的發(fā)展，牛糞污染問(wèn)題也日漸突出。牛糞作為一種高熱量的物質(zhì)，是重要的生物質(zhì)燃料，其燃燒產(chǎn)生的牛糞灰雜質(zhì)少且不含有毒、有害物質(zhì)，是較為理想的混凝土摻加料。相關(guān)研究顯示，在混凝土中摻入一定量的牛糞灰可以有效改善其力學(xué)性能和抗凍性。另一方面，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，特別是水利水電建設(shè)的不斷推進(jìn)，混凝土等建筑材料的消耗量迅速增加，并催生了水泥需求量的增加和價(jià)格的上漲。因此，在混凝土中摻加牛糞灰等生物質(zhì)材料，不僅可以在一定程度上改善混凝土的性能，提高水利工程的質(zhì)量和耐久性，還可以減少水泥生產(chǎn)中的二氧化碳排放，有利于我國(guó)碳中和目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)?；诖?，此次研究通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)的方式，探討牛糞灰對(duì)水工混凝土抗氯鹽侵蝕性能的影響，以便沿海和鹽漬區(qū)水利工程建設(shè)提供有益的支持和借鑒。

2 材料與方法

2.1 試驗(yàn)材料

水泥是水工混凝土制作過(guò)程中所使用的主要膠凝材料，其質(zhì)量和參數(shù)對(duì)混凝土的性能存在直接影響。研究中根據(jù)試驗(yàn)的環(huán)境以及牛糞灰混凝土制作的實(shí)際需求，選擇方北水泥有限公司出品的P.O42.5普通硅酸鹽水泥。該品種水泥的堆積密度為1.016g/cm3，比表面積為3650cm2/g表觀密度為3000kg/m3，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均滿足相關(guān)施工規(guī)范的要求。

此次試驗(yàn)選擇的細(xì)骨料為大凌河河沙。在試驗(yàn)中將樣本砂曬干，然后利用直徑5mm和0.16mm的標(biāo)準(zhǔn)篩過(guò)篩，去除粒徑在5mm以上和0.16mm以下的粗顆粒和細(xì)顆粒。經(jīng)計(jì)算，篩分后的細(xì)度模數(shù)為3.29，為中砂，其含泥量和堅(jiān)固性等其余指標(biāo)均滿足JGJ 52—2006《普通混凝土用砂、石質(zhì)量及檢驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定。

此次使用的細(xì)骨料為人工玄武巖碎石，其粒徑范圍為4.5～26.5mm，各項(xiàng)性能指標(biāo)均滿足試驗(yàn)要求。

此次試驗(yàn)使用的牛糞灰來(lái)自朝陽(yáng)市凌北奶牛養(yǎng)殖基地，將曬干后的牛糞在實(shí)驗(yàn)室的馬沸爐中進(jìn)行充分燃燒，之后獲得牛糞灰，其表觀為絮狀，其中夾雜有部分片狀物，結(jié)構(gòu)之間存在較多的孔隙。經(jīng)樣品測(cè)定，其堆積密度為0.365g/cm3，比表面積為4390cm2/g，密度為1050kg/m3。

試驗(yàn)用減水劑為聚羧酸減水劑，推薦摻量為2.5kg/m3，試驗(yàn)用水為普通自來(lái)水，滿足JGJ 63—2006《混凝土拌合養(yǎng)護(hù)用水標(biāo)準(zhǔn)》的用水要求。

2.2 試件制作

此次試驗(yàn)以水工混凝土中常用的C30混凝土進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)，并對(duì)牛糞灰的摻量進(jìn)行調(diào)節(jié)，確定0%、5%、10%、15%和20%等5種不同牛糞灰摻量試驗(yàn)方案。試驗(yàn)采用的是100mm×100mm×100mm的立方體試模以及底面直徑100mm，高100mm的圓柱形試模。在試件制作之前首先將稱量好的各種原材料倒入攪拌機(jī)攪拌30s，然后均勻加水和減水劑攪拌120s。取適量攪拌好的混凝土加入立方體模具并放在振動(dòng)臺(tái)上振動(dòng)，在振動(dòng)的同時(shí)逐漸加入混凝土拌合物，在混凝土拌合物加滿并振動(dòng)密實(shí)之后將上表面抹平靜置24h拆模編號(hào)，然后將試件轉(zhuǎn)移到標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室養(yǎng)護(hù)至試驗(yàn)規(guī)定齡期。

2.3 試驗(yàn)方法

此次研究中混凝土試件的抗氯鹽侵蝕試驗(yàn)主要針對(duì)不同7d、14d和28d齡期條件下的氯離子遷移系數(shù)、氯離子濃度以及抗壓強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)定。目前，混凝土的氯離子擴(kuò)散系數(shù)測(cè)試方法主要在室內(nèi)進(jìn)行，包括典型自然擴(kuò)散法和加速擴(kuò)散法。由于氯離子遷移系數(shù)加速擴(kuò)散法的試驗(yàn)周期段，試驗(yàn)操作比較方便，因此此次研究選擇氯離子遷移系數(shù)加速擴(kuò)散法進(jìn)行測(cè)定。在測(cè)定過(guò)程中先將圓柱形試件在真空飽水機(jī)中飽水24h，再將其劈裂為兩個(gè)大小相同的半圓柱體，在清理殘?jiān)箪o置15min，然后滴入0.1mol/L的硝酸銀溶液，待顯色反應(yīng)結(jié)束之后，利用電子游標(biāo)卡尺測(cè)量10個(gè)測(cè)試點(diǎn)的氯離子侵蝕深度，將其均值作為最終試驗(yàn)結(jié)果。對(duì)不同牛糞灰摻量方案水工混凝土試件測(cè)試其氯鹽侵蝕后的抗壓強(qiáng)度和電阻率數(shù)值。測(cè)量方式按照相關(guān)施工規(guī)范進(jìn)行，這里不再敷述。測(cè)試時(shí)每組方案測(cè)量三個(gè)試件，以其均值作為最終結(jié)果。

3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1 抗壓強(qiáng)度

對(duì)不同牛糞灰摻量方案下水工混凝土的氯鹽侵蝕后的抗壓強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)量，獲得7d、14d和28d齡期的抗壓強(qiáng)度值，結(jié)果見表1。為了更直觀反映牛糞灰對(duì)水工混凝土氯鹽侵蝕作用下抗壓強(qiáng)度的變化特征，研究中以表中的數(shù)據(jù)為依據(jù)，繪制出抗壓強(qiáng)度隨牛糞灰摻量的變化曲線，結(jié)果如圖1所示。由試驗(yàn)結(jié)果可以看出，在混凝土中摻加一定量的牛糞灰可以提升氯鹽侵蝕作用下的抗壓強(qiáng)度，具有一定的工程意義。究其原因，主要牛糞灰為典型的絮狀物，在混凝土中摻入少量的牛糞灰可以提升混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)的密實(shí)性，減少混凝土內(nèi)部較大的空隙和裂縫結(jié)構(gòu)，有效阻礙滲流通道。但是，大幅增加牛糞灰的含量反而會(huì)降低混凝土的抗壓強(qiáng)度，原因是牛糞灰本身就具有疏松多孔的特征，因此大量增加牛糞灰的含量會(huì)導(dǎo)致其內(nèi)部孔隙的增多，從而降低混凝土的抗壓強(qiáng)度。另一方面，摻加牛糞灰對(duì)14d和28d齡期的抗壓強(qiáng)度值影響相對(duì)較大，對(duì)7d齡期抗壓強(qiáng)度的影響十分有限。從試驗(yàn)的具體結(jié)果來(lái)看，摻加5%的牛糞灰可以最大限度提升水工混凝土在氯鹽侵蝕條件下的抗壓強(qiáng)度。

表1 抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果

圖1 抗壓強(qiáng)度變化曲線

3.2 電阻率

對(duì)不同牛糞灰摻量方案下水工混凝土的氯鹽侵蝕后的電阻率進(jìn)行測(cè)量，獲得7d、14d和28d齡期的電阻率值，結(jié)果見表2。以表中的數(shù)據(jù)為依據(jù)，繪制出電阻率隨牛糞灰摻量的變化曲線，結(jié)果如圖2所示。由試驗(yàn)結(jié)果可以看出，在不同混凝土齡期條件下，氯鹽侵蝕后的混凝土試件電阻率隨著牛糞灰摻量的增加呈現(xiàn)出先減小后增加的變化特點(diǎn)。其中，牛糞灰摻量對(duì)14d和28d齡期的電阻率影響較大，對(duì)7d齡期的電阻率影響較小。從具體的試驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，當(dāng)牛糞灰摻量為5%—10%時(shí)，電阻率值小于未摻加牛糞灰的混凝土，而摻量為5%時(shí)的電阻率值最小。

表2 電阻率試驗(yàn)結(jié)果

圖2 電阻率隨牛糞灰摻量變化曲線

3.3 氯離子遷移系數(shù)

對(duì)不同牛糞灰摻量方案下水工混凝土的氯鹽侵蝕后的氯離子遷移系數(shù)進(jìn)行試驗(yàn)和計(jì)算，獲得7d、14d和28d齡期的氯離子遷移系數(shù)值，結(jié)果見表3。以表中的數(shù)據(jù)為依據(jù)，繪制出氯離子遷移系數(shù)隨牛糞灰摻量的變化曲線，結(jié)果如圖3所示。由試驗(yàn)結(jié)果可以看出，混凝土試件的氯離子遷移系數(shù)隨著齡期的增長(zhǎng)不斷降低，隨著牛糞灰摻量的增加呈現(xiàn)出先降低后升高的變化特點(diǎn)。從具體的計(jì)算結(jié)果來(lái)看，當(dāng)牛糞灰的摻量為5%和10%時(shí)，氯離子遷移系數(shù)小于未摻加牛糞灰的方案，其牛糞灰摻量為5%時(shí)的氯離子遷移系數(shù)最小。

表3 氯離子遷移系數(shù)試驗(yàn)結(jié)果

圖3 氯離子遷移系數(shù)變化曲線

4 結(jié)論

此次研究通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)的方式，探討了牛糞灰對(duì)水工混凝土抗氯鹽侵蝕性能的影響，獲得的主要結(jié)論如下：

(1)在水工混凝土中摻加一定量的牛糞灰可以提高氯鹽侵蝕一條件下水工混凝土的抗壓強(qiáng)度，降低電阻率和氯離子遷移系數(shù)。

(2)摻加牛糞灰能夠有效改善混凝土的抗凍性能，具有一定的工程應(yīng)用價(jià)值。

(3)牛糞灰摻量為5%時(shí)的抗壓強(qiáng)度最大，電阻率和氯離子遷移系數(shù)最小，為最佳摻量比。