干旱盐碱地区混凝土抗侵蚀性能试验研究

唐加尔克·也斯木汉

(新疆水利水电勘测设计研究院 检测试验研究中心，新疆 昌吉 831100)

0 引 言

盐渍土在我国分布广泛，我国盐渍土总面积约3 600×104hm2，占全国可利用土地面积的4.88%[1]。当水工混凝土建筑物修建在盐渍土地区时，混凝土结构经常受到硫酸盐的侵蚀破坏[2]，在混凝土破坏机理中，侵蚀破坏就是广泛的一种[3]，这些侵蚀性的盐主要是硫酸盐、镁盐。已有研究表明，侵蚀性物质通过环境水接触或者进入混凝土空隙，与水泥水化产物氢氧化钙发生化学反应，生成的产物体积膨胀，破坏混凝土空隙结构，给建筑物的安全带来隐患。本文以干旱区盐碱地区输水渠为研究对象，通过环境水取样，分析侵蚀离子浓度，采用高性能混凝土进行试验，从运行、造价等方面进行比选，为盐碱地区抵抗侵蚀混凝土工程提供依据。

1 试验区基本情况

项目试验区位于内陆干旱盐碱区，年蒸发量为2 553 mm，年降雨量为75 mm，是典型的强蒸发、少降雨地区，河水含盐量高。渠道沿线地处河流冲积平原，含水介质多为第四系全新统河流松散沉积物，上部多为低液限粉土或细(粉)砂，下部均为细(粉)砂沿。其中，低液限粉土的渗透系数为7.15×10-4～9.69×10-4cm/s ，平均 8.51×10-4cm/s，属中等渗漏性土层；细(粉)砂的渗透系数为 4.26×10-3～8.03×10-3cm/s ，平均 6.20×10-3cm/s，属中等渗漏性土层。地下水埋深一般为地面以下0.0～4.2 m，地下水的主要排泄途径为蒸发和蒸腾。由于地下水受季节性地表水补给影响，地下水位高水位期为春冬灌期间和夏季汛期期间，其它时间地下水位较低。地下水年内变化幅度范围为1.0～1.5 m。

项目试验区由于局部地下水位高，土壤毛细作用强烈，表层土壤盐分较多，在试验区渠系混凝土结构造中，形成多元的侵蚀环境，混凝土侵蚀问题突出。通过对影响渠系混凝土侵蚀性能的介质环境水的地表水、地下水、土壤水分段取样，获得各环境水的检测值，根据《水利水电工程地质勘察规范》(GB 50487-2008)[4]附录L.0.2, 经过分析，各离子评价结果详见表1。

表1 环境水化验结果及侵蚀性评价

由表1分析可知，地表水硫酸盐含量为2 400～3 267 mg/L，镁盐含量为1 567～1 997 mg/L，均在强腐蚀范围，对砼结构有强腐蚀，氯盐含量为829.5～884.2 mg/L，对钢筋砼结构中的钢筋有中等腐蚀；地下水硫酸盐含量为2 173～4 260 mg/L，对砼结构有强腐蚀，镁盐含量为1 825～1 899 mg/L，对砼结构有中等腐蚀，氯盐含量为11 332～31 638 mg/L，对钢筋砼结构有强腐蚀；渠道土壤硫酸盐含量为5 460～7 740 mg/L，对砼结构有强腐蚀，镁盐含量为3 683～4 695 mg/L，对砼结构有中等腐蚀，氯盐含量为1 896～4 200 mg/L，对钢筋砼结构中的钢筋有中等腐蚀。

2 试验方案

在典型的侵蚀渠段，通过配置普通混凝土(G1表示粉煤灰掺量为0%，即普通混凝土)和高性能混凝土(G2表示粉煤灰掺量为10%，G3表示粉煤灰掺量为30%，G4表示粉煤灰掺量为60%)，对渠段进行分段施工，标准养护28 d(大掺量粉煤灰养护60 d)，经过一个灌溉运行期，检测混凝土抵抗侵蚀的性能，通过经济成本分析，选择经济适用的高性能混凝土用于渠系改造及建设。试验配合比见表2。

表2 高性能混凝土配合比

注：减水剂用量=胶凝材料用量×减水剂掺量百分比。

3 试验结果分析

混凝土强度试验结果见图1。

图1 不同粉煤灰掺量高性能混凝土配合比强度与龄期关系曲线

由强度试验可知，混凝土28 d强度从高到低依次为G1>G2>G3>G4，3 d强度G2，G3，G4分别是G1的74.9%，65.7%和31.3%；7 d强度G2，G3，G4分别是G1的78.0%，66.8%和46.7%；14 d强度G2，G3，G4分别是G1的80.7%，69.4%和54.6%；28 d强度G2，G3，G4分别是G1的89.2%，79.1%和61.2%；60 d强度G2，G3，G4分别是G1的89.1%，81.1%和61.6%；掺10%和30%粉煤灰的高性能水泥混凝土前期强度较不掺粉煤灰的混凝土低，但后期强度逐渐上升，主要原因是粉煤灰前期水化缓慢，混凝土强度较低，而后期逐渐水化，强度逐渐提升。大掺量粉煤灰的混凝土由于水泥用量较少，前期和后期强度始终较低。见表3。

表3 混凝土性能比较

由表3可知，经过一定时期的运行，G2、G3混凝土抵抗侵蚀性能好，G1存在少量麻面，抗侵蚀性能较差，G4存在大量麻面，抗侵蚀性能差，主要是由于强度较低、密实度低，侵蚀性环境水很容易进入混凝土内部，侵蚀胶凝结构，在夹杂泥沙的河水中，侵蚀加磨损的影响使得混凝土结构更加容易破坏。从造价情况看，G2的单价最高，不利于节约成本，G4的单价最低，工程性能不佳，G2、G3价格适中，工程性能均较好。从养护时间上，除G4需要60 d，其他的需要28 d，G4的养护的时间成本较高，不利于工程进度。

4 结 论

通过强度试验和综合分析，高性能混凝土具有抗侵蚀性能好、养护周期较短的优点，少掺量的混凝土价格较高，不利于工程节约成本；大掺量粉煤灰高性能混凝土虽然价格低，但是不能满足工程的运行需要，掺30%粉煤灰的高性能混凝土工程性能好，因此在侵蚀严重的地区使用掺30%粉煤灰高性能混凝土用于渠系改造和新建是首选方案。试验表明，掺30%粉煤灰的高性能混凝土能够很好地抵抗高浓度的水环境侵蚀，提高工程耐久性，有利于发挥工程的社会效益和经济效益。