酸性水环境下浆砌石渡槽混合砂浆耐久性研究

杜晓虎

(新疆额尔齐斯河流域开发工程建设管理局，新疆 乌鲁木齐 830000)

渡槽的应用历史悠久，在南水北调工程中获得了大量的使用。在长时间的运行过程中，会出现较多不确定性因素从而影响其性能的不断劣化，降低渡槽的整体耐久性和使用寿命。影响渡槽性能的因素主要有内部环境因素，如材料种类、外加剂、水胶比、施工设计质量等；外部环境，如湿度、酸碱度、冻融情况等；运行环境，如后期的运行维护管理、运行的荷载等[1- 6]。

王铠对水工混凝土在硫酸环境下的腐蚀情况进行了探讨分析，论述了微观气候条件下对混凝土干湿交替带的影响规律[7]。刘江等对矿物掺合量、配合比等对桥梁桩基混凝土的耐久性的影响规律进行了研究，认为粉煤灰比矿渣粉掺合料更适合用于提高混凝土的抗酸性能[8]。马保国等模拟了在中国酸雨的情况下，将普通硅酸盐水泥空白砂浆作为参比组，对矿渣微细粉对于改善混凝土抗酸雨性能的影响进行了试验研究[9]。

本文在总结前人研究经验的基础上，研究了南水北调工程某浆砌石渡槽所采用的混合砂浆在硝酸和硫酸两种水环境下不同水胶比、pH值及腐蚀时间对耐久性的影响规律，为浆砌石渡槽的长久运行提供了试验支撑。由于强度是耐久性的主要指标之一，本文主要以强度变化率来分析。

1 试验方案

试验所用浆砌石混合砂浆试件为150mm×150mm×150mm的正方体，水泥采用po42.5普通硅酸盐水泥，根据水胶比的不同，共设有4种不同的试验配合比，主要材料配比见表1。酸性水溶液共分为两种：硝酸溶液和硫酸溶液，pH值分别调整为1、2、3、4，并在试验过程中保持不变；对试件分别在酸性溶液下侵蚀3d、7d、14d、28d后测定其抗压强度和计对应的质量，计算其强度变化率。

表1 试验配合比

2 试验结果

2.1 水胶比对耐久性的影响

在pH值为2的酸性溶液中分别侵蚀3d、7d、14d、28d后的强度变化值见图1。从图中可以看出，pH值等于2且水胶比一定时，随着侵蚀时间的增加，混合砂浆的强度变化率呈先增后减的趋势，这是因为在早期侵蚀作用下，试件内部未水化的水泥会继续水化，而侵蚀作用还难以抵消这部分水化作用，因此试件的强度会出现暂时的增加。当酸性侵蚀作用造成的强度损失率超过水化作用形成的后续强度时，试件强度就会呈现降低现象，水胶比越小，试件在同一侵蚀时间下的强度损失率越小，这是因为水泥等胶凝材料越多，水化作用产生的碱性物质越丰富，能够最大程度上消耗侵入试件内部的酸根离子，从而延缓或者减小试件的强度降低率。

图1 不同水胶比下强度变化率随侵蚀时间变化关系

2.2 pH值对耐久性的影响

在J1配合比下，不同pH值下砂浆的强度变化情况见图2。从图中可看出，当酸溶液的pH值变化时，强度变化率随侵蚀时间的变化趋势是不同的。在强酸环境下(pH=1)，试件的强度值一直呈降低趋势，当pH=2和3时，试件的强度值呈先增后减的整体趋势，只是出现强度变化拐点的时间先后不同，当pH值等于4时，试件在28d侵蚀时间下，强度值呈一直的增加趋势，且pH值越大，在相同侵蚀时间下，试件的强度值越小。出现上述情况的原因在于：pH值与溶液中所含的酸根离子浓度相关，当酸根浓度大大超过了水泥后期水化产生的碱性离子浓度时，就会出现强度一直降低的趋势(侵蚀强度一直处于主导地位)；当酸根离子浓度不够大，但又足以消耗水化碱性离子量时，就会出现强度先增后减的趋势，即表现为早期强度增加，后期降低；当酸根离子浓度较稀，且总离子数量小于水化碱性离子的数量时，试件的强度则会像正常环境下一样随着后期水化作用的发生，结构不断密实，强度不断增长。

图2 不同pH值下强度变化率随侵蚀时间的变化关系

2.3 两种酸性溶液下强度变化率对比

图3 两种酸性溶液强度变化率对比

2.4 讨论

影响浆砌石混合砂浆抗酸腐蚀性能的因素众多，并不局限于本文所研究的对象，但是从试验结果可以看到，除了侵蚀时间、pH值以及水胶比等因素的影响，混合砂浆的抗酸腐蚀性能还与酸溶液的种类相关。在现实中，水中的酸性物质往往比本文的试验条件还要复杂，这就造成了浆砌石渡槽在运行过程中复杂的自然环境，不断更替的水环境会使其使用耐久性大打折扣。而适当降低水灰比，增加水泥用量，可以提高浆砌石渡槽的抗酸腐蚀性和使用寿命。

3 结论

(1)强酸条件下，混合砂浆的强度随侵蚀时间逐渐减小；较强酸条件下，混合砂浆的强度随侵蚀时间呈先增后降的趋势；弱酸环境下，混合砂浆的强度则呈逐渐增加趋势。

(2)硝酸溶液对混合砂浆的腐蚀性要大于硫酸溶液；适当降低水胶比，增加水泥用量，可以有效减小酸性溶液对浆砌石混合砂浆的腐蚀率。

[1] 蒋林华. 钢筋混凝土渡槽耐久性研究进展[J]. 第七届全国混凝土耐久性学术交流会, 2009．

[2] 李小东. 渡槽病害检测及治理措施[J]. 水利技术监督, 2017, 25(04): 31- 32．

[3] 杨钱昌, 张建华. 砌石渡槽衬砌混凝土裂缝的处理[J]. 浙江水利科技, 1997(02): 40- 41．

[4] 杨伟. 输水工程大跨度现浇拱式渡槽施工技术[J]. 水利技术监督, 2016, 24(05): 119- 122．

[5] 杨永民, 陈泽鹏, 张君禄, 等. 工程使用条件因素对渡槽水封橡胶止水带老化的影响[J]. 广东水利水电, 2014(02): 15- 19．

[6] 方广文. 赵山渡输水渠系渡槽伸缩缝漏水处理方案探析[J]. 水利规划与设计, 2017(01): 144- 146．

[7] 王铠. 论混凝土干湿交替带水中硫酸盐腐蚀的微观气候——2012年《岩土工程勘察规范》全面修订的建议[J]. 勘察科学技术, 2012(05): 6- 8．

[8] 刘江, 曾逢春, 蔡老虎, 等. 酸性水环境下桥梁桩基混凝土的配制与耐久性研究[J]. 武汉理工大学学报, 2012, 34(06): 91- 95．

[9] 马保国, 肖君, 汪海贵, 等. 矿渣微细粉对水泥基材料抗酸雨侵蚀特性研究[J]. 混凝土, 2009(01): 23- 26．

简讯

水利部召开2018年第1次河长制湖长制工作
月推进会要求确保按期全面建立河长制湖长制

本站讯 3月9日，水利部副部长周学文主持召开2018年第1次全国河长制湖长制工作月推进视频会，强调各地要进一步提高认识，加大工作力度，确保河长制湖长制各项目标任务落地见效。

周学文指出，2017年第5次月推进会以来，全面推行河长制工作取得重要阶段性成果。北京等25个省份已全面建立河长制，辽宁、广西、西藏、陕西、甘肃、新疆等6个省份将于2018年6月底前全面建立河长制，中央要求的全面建立河长制目标有望提前实现。

周学文要求，各地要重点做好五方面工作：一是制定实施好年度工作计划，确保2018年6月底前全面建立河长制。二是贯彻落实好湖长制指导意见，细化目标任务，落实责任分工，将实施湖长制纳入河长制工作体系，确保2018年年底前全面建立湖长制。三是组织开展好河湖专项行动，重点解决人民群众反映强烈的热点问题，整治一片、巩固一片，防止问题反弹，确保河湖面貌有效改善。特别是要做好入河排污口调查摸底和规范整治专项行动，长江经济带11省(直辖市)要不打折扣坚决完成长江入河排污口整改任务，其他省份必须在3月底前全面启动调查摸底工作，并逐级、逐河、逐段分解落实各级河长湖长责任，分类提出整改措施并推进实施，纳入“一河一策”方案。四是开展水利部2018年第1次河长制湖长制工作督导检查。五是组织好全国河长制湖长制管理信息系统基础数据填报工作。

会上，水利部建设与管理司、信息中心分别通报了长江干流岸线保护和利用专项检查及长江经济带固体废物点位排查、全国河长制湖长制管理信息系统基础数据填报等有关情况；辽宁、福建、河南、湖南等省作了交流发言。

水利部机关有关司局和直属单位负责人在主会场出席会议，各流域机构、各省(自治区、直辖市)和新疆生产建设兵团水行政主管部门主要负责人、分管负责人，各省级河长制办公室负责人在分会场参加会议。

(来源：水利部网站)