外加剂与矿物掺合料对混凝土抗硫酸盐侵蚀分析

陈 晓 宇

(中铁一局集团桥梁工程有限公司,陕西 渭南 714000)

外加剂与矿物掺合料对混凝土抗硫酸盐侵蚀分析

陈 晓 宇

(中铁一局集团桥梁工程有限公司,陕西 渭南 714000)

为改善混凝土性能，进行了高效减水剂、硅粉、粉煤灰、膨胀剂等外加剂与矿物掺合物对混凝土抗硫酸盐侵蚀有效性的研究。通过试验证明，在混凝土中掺入高效减水剂，可以延缓混凝土侵蚀破坏，在混凝土中掺入硅粉、粉煤灰、膨胀剂等，能够提高混凝土抗硫酸盐侵蚀能力，并对其抗腐蚀系数的变化规律进行了研究。

外加剂，矿物掺合料，混凝土，抗硫酸盐侵蚀，有效性

0 引言

在我国，除了海水之外，在西部地区，如盐碱地、盐湖区等，其地下水中含有硫酸、硫酸盐，在这种环境下进行混凝土施工，硫酸与硫酸盐对混凝土会造成侵蚀。当前，我国抗硫酸盐混凝土产量较低，且生产成本较高，难以满足西部地区大规模的工程施工需要。在工程施工中，为改善混凝土整体性能，提高混凝土强度、耐久性及工作性能，经常会在混凝土生产过程中掺入高效减水剂、硅粉、膨胀剂、粉煤灰等外加剂与矿物掺合料。但掺入外加剂与矿物掺合料对混凝土抗硫酸盐侵蚀的有效性仍有待研究。本文通过试验的形式，对外加剂与矿物掺合料对混凝土抗硫酸盐侵蚀的有效性研究进行思考。

1 外加剂与矿物掺合料对混凝土抗硫酸盐侵蚀的有效性试验及过程

1)试验原材料。

在进行外加剂与矿物掺合料对混凝土抗硫酸盐侵蚀的有效性试验研究时，为进行对比，在选择水泥上，选普通水泥，即OPC，与抗硫酸盐水泥，即SRC，选择不同水泥作为砂浆凝结材料。其熟料矿物存在着较大差异，普通水泥与抗硫酸盐水泥熟料矿物对比表如表1所示。

表1 普通水泥与抗硫酸盐水泥熟料矿物对比表 %

在外加剂中，选择HRW与EA，即高效减水剂与膨胀剂；在矿物掺合料上，选择CSF与PFA，即硅灰与粉煤灰。高效减水剂、膨胀剂、硅灰及粉煤灰化学成分具体如表2所示。

表2 高效减水剂、膨胀剂、硅灰及粉煤灰化学成分表

2)试验方法。

为研究混凝土抗硫酸盐与硫酸侵蚀能力，首先需要选择一定的标准进行衡量与判断，当前，判断混凝土抗硫酸盐与抗硫酸侵蚀能力的主要标准如我国标准GB/T 749-2001与美国标准ASTMC452，这些标准将混凝土膨胀率作为研究与判断混凝土抗硫酸盐侵蚀能力的重要参数，在这些标准中，存在着一定的问题，如选择多大混凝土膨胀率作为判断依据，在同一种混凝土中，其膨胀率基本一致，但混凝土不同部位及不同结构形式，其膨胀受限程度是不一致的，例如在隧道工程中拱顶与边墙所应用的混凝土，混凝土膨胀破坏机理是不相同的。除此之外，硫酸盐种类不同，其对混凝土的破坏机理不同，如硫酸镁与硫酸钠，相比硫酸钠来言，硫酸镁在对混凝土侵蚀破坏的过程中，可以生成石膏，以膨胀作用对混凝土破坏，还可以形成氢氧化镁，导致水泥石结构严重破坏。

则有如下公式：

式中：K——混凝土抗蚀系数； fs——在溶液之中浸泡到一定期龄时该系列砂浆试件所具备的抗折强度；

fw——水中28d标准养护时，某砂浆试件所具备的基准抗折强度。

3)混凝土试件制备与养护。

不同系列胶砂试件其配合比不同，对每一个系列砂浆试件制备若干组，以方便进行试验研究。当胶砂试件完成脱模后，选择水温在20 ℃±2 ℃水中进行养护，养护时间为28 d，完成标准养护后，选择一组胶砂试件进行基准强度的检测，将其余胶砂试件分别浸泡于密封塑料容器水、硫酸及硫酸钠溶液中，室温环境控制在20 ℃±2 ℃范围内。在硫酸溶液中，应用硫酸滴定法，保持硫酸溶液pH值在4～4.5范围内，在硫酸钠溶液中滴定硫酸钠，将其浓度控制在10%以内。当胶砂试件浸泡到一定期龄后，分别选择试件，并进行试件的抗折与抗压强度试验。

2 外加剂与矿物掺合料对混凝土抗硫酸盐侵蚀的有效性分析

1)掺入高效减水剂对混凝土抗硫酸盐侵蚀有效性的研究。

选择高效减水剂，在混凝土中掺入量为0.7%，通过对比普通混凝土试件、掺入高效减水剂普通水泥试件与掺入高效减水剂抗硫酸盐混凝土试件的抗蚀系数的变化发现，不管是在硫酸盐溶液还是硫酸钠溶液中的混凝土其抗蚀系数均出现了明显增加，然而随着时间的推移，其抗蚀系数增加速度逐渐平稳。普通混凝土抗蚀系数随着时间变化十分明显，如硫酸钠溶液中，混凝土期龄为180 d后，其抗蚀系数衰减并完全丧失；而在硫酸溶液中，360 d后其抗蚀系数完全丧失。而掺入高效减水剂的普通混凝土，在硫酸溶液中，其抗蚀系数在半年后逐渐衰减，在720 d内丧失。通过研究发现，掺入高效减水剂，只能延缓混凝土被硫酸盐侵蚀的速度及时间。

2)掺入膨胀剂对混凝土抗硫酸盐侵蚀有效性的研究。

将普通水泥砂浆试件与掺入6%，9%，12%膨胀剂的普通砂浆试件及抗硫酸水泥砂浆试件的抗蚀系数的对比发现，掺入不同掺量膨胀剂，对普通水泥砂浆于硫酸钠溶液中抗蚀系数并没有多大影响；对于硫酸盐水泥砂浆抗蚀系数影响不大。研究表明，掺入膨胀剂，可以提高普通水泥砂浆抗硫酸以及抗硫酸盐的有效性。

3)掺入硅灰对混凝土抗硫酸盐侵蚀有效性的研究。

分别掺入5%，10%，15%的硅灰于砂浆试件之中，具体试件抗蚀系数经时变化对比情况如图1，图2所示。

通过研究发现，不同硅灰掺量的普通水泥试件在硫酸钠溶液中抗蚀系数相近，且变化规律上存在着一致性，720 d后，其抗蚀系数有所下降；在硫酸溶液中，硅灰掺量对试件抗蚀系数存在着较大影响。研究表明，掺入硅灰可以提高混凝土抗硫酸盐及硫酸侵蚀能力，但应合理控制其掺量。

4)掺入粉煤灰对混凝土抗硫酸盐侵蚀有效性的研究。

在试件中，分别掺入15%，20%，25%粉煤灰，获得不同试件抗蚀系数变化对比图，见图3，图4。

通过图3，图4可以看出，在硫酸钠溶液与硫酸溶液中，掺入粉煤灰，均可以有效提高混凝土抗硫酸盐及抗硫酸有效性，且随着粉煤灰掺量的增加，混凝土抗蚀系数明显增加。

3 外加剂与矿物掺合料对混凝土抗硫酸盐侵蚀的有效性研究

掺入外加剂与矿物掺合料，可以延缓或提高混凝土抗硫酸盐有效性，但在掺入量的控制上，还需要进一步进行研究，如掺入高效减水剂可以提高混凝土密实度，延缓硫酸盐侵蚀，但如将掺入高效减水剂作为解决硫酸盐侵蚀的根本措施，显然是错误的。如掺入大量粉煤灰，在提高混凝土抗硫酸盐侵蚀的状况下造成生产成本的增加，难以实现生产的经济性。为此，需要在提高混凝土抗硫酸盐侵蚀有效性的同时，实现生产的经济效益。

此外，因本文试验所采取的基准是水中标准养护28 d抗折强度，并通过其抗蚀系数的经时变化研究混凝土抗硫酸盐侵蚀有效性。但这种计算方法，并不能够代表所有的混凝土产品，为此，需要在应用中，根据实际情况及混凝土配合比，科学合理的评估外加剂与矿物掺合料对混凝土抗硫酸盐侵蚀的有效性。

4 结语

为满足项目工程施工的要求，改善混凝土性能，提出混凝土抗硫酸盐侵蚀有效性研究。在本文中，选择高效减水剂及膨胀剂为外加剂，选择硅灰及粉煤灰为矿物掺合料，对外加剂与矿物掺合料对混凝土抗硫酸盐侵蚀的有效性进行研究。试验证明，掺入高效减水剂，可以有效延缓混凝土硫酸盐及硫酸破坏，膨胀剂、硅灰、粉煤灰均可以有效提高混凝土抗蚀系数，但其掺入量应合理控制，在保证质量的基础上，实现经济效益。

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Analysis on concrete anti-sulfate erosion of additive and mineral admixture

CHEN Xiao-yu

(ChinaRailway1stBureauGroupBridgeEngineeringCo.,Ltd,Weinan714000,China)

In order to improve concrete performance, the article studies the concrete anti-sulfate erosion validity of high efficient water reducing agent, ganister sand, fly ash, expansive agent and other additive and mineral admixture. The experimental result shows that: admixing high efficiency water reducing agent into concrete can delay concrete erosion damage; adding ganister sand, fly ash and expansive agent into concrete can improve concrete anti-sulfate erosion ability. Finally, it studies the changing law of its anti-sulfate erosion coefficient.

additive, mineral admixture, concrete, anti-sulfate erosion, validity

1009-6825(2014)03-0130-03

2013-11-11

陈晓宇(1983- )，男，助理工程师

TU528.042

A