模拟生活污水环境下粉煤灰混凝土抗压强度试验研究

2021-11-27黄明跃

北方交通 2021年11期

黄明跃

(辽宁省公路勘测设计公司沈阳市 110006)

0 引言

近年来，随着我国城市化进程发展速度迅猛，生活污水的排放和处理已然成为环境治理过程中尤为重要的部分。污水排放管道和处理系统是城市运转的关键组成部分，污水处理系统中的混凝土构件长期与这些成分复杂的污水接触，不可避免地受到各种腐蚀作用，从而影响着排水系统的良好运转和使用寿命。因此，提高生活污水环境下混凝土的耐腐蚀性能已然成为城市排水系统中急需解决的重要问题。

通过在混凝土中掺入粉煤灰材料，研究了模拟生活污水环境下粉煤灰混凝土抗压强度的变化规律，采用抗压耐腐蚀系数对粉煤灰混凝土的耐腐蚀性能的改善情况进行评价。

1 原材料与试验方法

1.1 原材料

(1)水泥

选用营口金地球42.5级普通硅酸盐水泥，各项性能指标见表1。

表1 水泥物理-力学性能指标表

(2)细集料

选用天然河砂，细度模数为2.6。

(3)粗集料

选用5～10mm单一粒径玄武岩粗集料。

(4)粉煤灰

选择I级粉煤灰，质量指标见表2。

表2 I级粉煤灰性能指标

1.2 试验设计

(1)配合比设计

试验采用的配合比见表3，根据污水管道混凝土强度要求，本试验配制的粉煤灰混凝土目标强度等级为C35，粉煤灰采用等量取代胶凝材料的掺入方式。

表3 粉煤灰混凝土配合比设计

(2)模拟生活污水配置

生活污水中的化学需氧量(COD)、生物需氧量(BOD)是对混凝土产生腐蚀的关键成分[1]。本试验取上夹河污水处理厂生活污水为母液，为保证试验的加速进行，向母液中添加富含氮、磷、钠、镁等化学物质，配置的生活污水内部COD值可以达到10000以上，满足快速腐蚀试验所需的高浓度污水要求[2]，所配置生活污水组成成分见表4。试验过程中，每隔10d向生活污水母液中加入一定量表4中所列的化学物质，保证试验过程中模拟污水的COD值始终不低于5000。

表4 试验用生活污水配比情况

(3)试验方法及结果处理

养生及试验方法：成型150mm×150mm×150mm标准试件，在标准环境下养生28d，然后分别放入清水与配置的生活污水环境中继续养生，在龄期分别到达60d、90d、120d、150d和180d时取出部分试件进行抗压强度试验。

抗压耐腐蚀系数：根据生活污水环境中的粉煤灰混凝土抗压强度与同龄期清水环境中的粉煤灰混凝土抗压强度试验结果，计算抗压耐腐蚀系数，公式如下：

(1)

2 试验结果及分析

2.1 清水环境下粉煤灰混凝土抗压强度

不同掺量粉煤灰混凝土在清水环境中的各龄期抗压强度试验结果见表5。

表5 清水环境下粉煤灰的混凝土抗压强度结果(单位：MPa)

从表5及图1可以看出，在清水环境下，各种掺量粉煤灰混凝土抗压强度不断上升，并且在试验期内仍继续增长。在28d龄期时，粉煤灰混凝土抗压强度低于普通水泥混凝土对照组，这是由于在粉煤灰混凝土内部早期水化产物较少，未能充分填充内部空隙[2]。随着龄期的持续增加，粉煤灰混凝土内部水化反应不断进行，混凝土的结构变得致密，粉煤灰混凝土强度最终高于普通混凝土的抗压强度，同时由于粉煤灰自身特性，内部水化热产生的速率相对水泥材料比较缓慢，从而在龄期达到180d时粉煤灰混凝土抗压强度仍然不断提高。

图1 清水环境下粉煤灰混凝土抗压强度

2.2 生活污水环境下粉煤灰混凝土抗压强度

不同掺量粉煤灰混凝土在生活污水环境中的各龄期抗压强度试验结果见表6。

表6 生活污水环境下粉煤灰混凝土抗压强度试验结果(单位：MPa)

从表6及图2可以看出，生活污水环境下普通混凝土对照组抗压强度不断下降，而粉煤灰混凝土抗压强度呈现先增长后下降的趋势，在120d龄期时其抗压强度达到峰值，此时抗压强度数值低于清水环境下的抗压强度。这是因为虽然粉煤灰在水环境中能够继续进行水化作用，但是生活污水中的化学物质对混凝土水化进程产生了一定的抑制作用[3]，并在峰值时达到平衡状态。随着龄期的继续增长，水化作用变缓，生活污水的抑制作用强于水化反应[4]，出现抗压强度逐渐下降的情况。从变化趋势可以看出，粉煤灰的掺量越高，混凝土抗压强度上升的持续时间越长，后期强度下降幅度越小。从180d龄期各组混凝土抗压强度数值来看，当粉煤灰掺量为25%左右时，其抗压强度数值最大，下降幅度最小。

图2 生活污水环境下粉煤灰混凝土抗压强度

2.3 污水环境下粉煤灰混凝土的耐腐蚀性能

将生活污水环境与清水环境下粉煤灰混凝土的抗压强度进行对比分析，得到各组试件的抗压耐腐蚀系数，计算结果见表7。

表7 粉煤灰混凝土抗压耐腐蚀系数

从表7及图3可以看出，普通水泥混凝土在试验开始时，抗压耐腐蚀系数即出现急剧下降的情况，说明生活污水的腐蚀作用明显。各组粉煤灰混凝土试件的抗压耐腐蚀系数随着龄期的增长呈现相对较缓的下降趋势，其中35%掺量的粉煤灰混凝土在龄期达到120d后，其抗压耐腐蚀系数急剧下降，说明粉煤灰的掺量并不是越高越好，存在一个最优掺量。从180d龄期耐腐蚀系数结果来看，粉煤灰掺量为25%时，其抗压耐腐蚀系数达到0.91为最高值，同时下降趋势最为缓慢，说明有效地抵抗了生活污水对混凝土的腐蚀作用。