矿物掺和料水工混凝土抗硫酸盐侵蚀性能研究

郝文新

(中国水利水电第五工程局有限公司，成都，610066)

1 研究方法及目的

本试验以矿渣粉、粉煤灰为掺和料，主要从水工混凝土的抗硫酸盐侵蚀性能方面，验证掺和料对混凝土抗硫酸盐侵蚀的增强作用。在不采用抗硫酸盐水泥的情况下，根据试验结果找出矿渣粉、粉煤灰的最佳掺量，为配制高性能抗硫酸盐侵蚀的水工混凝土提供依据。

2 原材料

2.1 水泥

抗硫酸盐侵蚀混凝土采用的水泥为P·O42.5，从混凝土配合比考虑，采用低水胶比，掺加高效减水剂和大掺量超细掺和料配置一种密实度很高的混凝土。由于掺加高效减水剂，混凝土拌合用水量显著减少，加上比水泥颗粒粒径还小的超细掺和料的颗粒填充效应和低水胶比，使混凝土内部水泥石的空隙明显减少，孔径减少，密实度增加，抗渗性能提高。

采用胶砂试件法和混凝土抗侵蚀试验法两种方法，对混凝土的抗侵蚀性进行研究。胶砂试件法原理是将水泥胶砂试件分别浸泡在规定浓度的硫酸盐侵蚀溶液和水中养护到规定龄期，以抗折强度之比确定抗硫酸盐侵蚀系数；混凝土抗侵蚀试验是将用于测定的混凝土试件在干湿交替环境中，以能够经受的最大干湿循环次数来表示的混凝土抗硫酸盐侵蚀性能。以两种方法所得试验结果，来确定最佳原材料组合即最优配合比，配制抗硫酸盐侵蚀等级最高混凝土。

P·O42.5级水泥，水泥熟料中化学成分及熟料中矿物成分、物理力学性能检测结果见表1、表2。

表1 水泥熟料中化学成分及熟料中矿物成分 单位：%

表2 水泥物理力学性能成果

2.2 粉煤灰

粉煤灰采用Ⅰ级粉煤灰，检测结果见表3。

表3 粉煤灰性能成果 单位：%

2.3 粒化高炉矿渣粉

矿粉采用S75级粒化高炉矿渣粉，检测结果见表4。

表4 粒化高炉矿渣粉性能成果

原材料均为新疆厂家，检测指标均满足标准要求。

3 配合比设计方案

3.1 胶砂试件配合比

表5 胶砂侵蚀试验试件配合比组成

3.2 混凝土试件配合比

表6 混凝土侵蚀试验试件配比组成

4 研究成果

整个研究过程在试验室内完成，将无水硫酸钠配制成不同浓度的硫酸钠溶液，不同配合比成型的胶砂试件和混凝土试件分别浸泡于不同浓度的硫酸钠溶液中，完成浸泡或干湿循环试验。

4.1 胶砂试件

表7 胶砂抗蚀系数

4.2 混凝土试件

依据GB/T 50082-2009《普通混凝土长期性能和耐久性试验方法》将用于测定的混凝土试件放置于配置好的Na2SO4溶液中，在干湿交替环境中，以能够经受的最大干湿循环次数来表示的混凝土抗硫酸盐侵蚀性能，试验结果显示，混凝土中掺矿渣微粉或粉煤灰50%时，KS150抗压强度耐蚀系数值为最高。混凝土中高掺矿渣微粉或粉煤灰可以有效提高混凝土抗侵蚀性能，但有局限性，同时采用低水胶比才能更好改善混凝土抗侵蚀性。其原因在于低水胶比在减少水泥石孔隙的同时，又使超细矿粉在水泥浆中的颗粒填充作用更完善和更充分，极大地增加混凝土的密实性，防止携带侵蚀介质的环境水入侵水泥石，从而有效提高了抗侵蚀性。

表8 混凝土抗压强度耐蚀系数

5 结语

两种试验方法得出同样的结果，混凝土中矿渣微粉或粉煤灰掺量为50%时，混凝土抗硫酸盐等级达到试验标准的最高等级。此配合比在新疆伊河北岸干渠二标工程中采用，并取得很好的效果。

由于掺加高效减水剂，混凝土拌合用水量显著减少，加上比水泥颗粒粒径还小的超细掺和料的颗粒填充效应和低水胶比，使混凝土内部水泥石的空隙明显减少，孔径减少，密实度增加，抗渗性能提高，抗侵蚀性能混凝土的高抗渗性将有效地阻挡携带侵蚀介质的环境水入侵混凝土内部，利于抗侵蚀。因此，在不采用抗硫酸水泥的情况下，增大掺和料的掺量，同样能配出满足抗硫酸盐等级的配合比。