水胶比及粉煤灰掺量对混凝土抗硫酸盐、镁盐双重侵蚀性能的影响

苏建彪，唐新军，刘向楠，胡 全，张 涛

(新疆农业大学水利与土木工程学院，乌鲁木齐830052)

新疆地处干旱多盐碱地区［1］，近年来常有混凝土工程遭受硫酸盐、镁盐双重侵蚀破坏的案例发生，而以往大部分学者都以硫酸盐侵蚀为研究对象［2-5］，目前，双重侵蚀问题已引起工程界的关注和重视［6］。本文通过普通硅酸盐水泥胶砂试件在不同浓度硫酸盐、镁盐溶液中的双重侵蚀试验，探讨水胶比及粉煤灰掺量对普通硅酸盐水泥混凝土抗硫酸盐、镁盐双重侵蚀性能的影响，为今后处在类似环境中的混凝土工程提供参考。

1 试验材料与方法

1.1 试验材料

本文试验中，水泥为乌鲁木齐市青松水泥厂生产的42.5R普通硅酸盐水泥(其各项物理指标见表1，化学指标见表2);砂:ISO标准砂;粉煤灰:乌鲁木齐市苇湖梁电厂II级粉煤灰(其各项物理指标见表3，化学指标见表4);减水剂:乌鲁木齐市建宝天化新材料科技有限公司生产的FDN型减水剂;水:试验室自来水。

表1 青松42.5R普通硅酸盐水泥物理性能指标

表2 青松42.5R普通硅酸盐水泥化学成分 /%

表3 苇湖梁电厂Ⅱ级粉煤灰物理性能指标

表4 苇湖梁电厂II级粉煤灰化学成分 /%

1.2 试验方法

本试验参照《水泥抗硫酸盐侵蚀试验方法》GB749-2008［7］中的 K法，制作了水胶比分别为0.3、0.4、0.5，粉煤灰掺量分别为30%、40%、60%的普通硅酸盐水泥胶砂试件(试件配合比见表5)，试件尺寸均采用10mm×10mm×60mm，将试件标准养护28d后分别浸泡在不同浓度的硫酸镁侵蚀溶液中(侵蚀溶液浓度及编号见表6)及淡水中，分别测试浸泡不同时间试件的抗折强度，并按以下公式计算各组试件的抗蚀系数:

K蚀=R液/R水

式中K蚀为抗蚀系数;R液为试件浸泡在侵蚀溶液中一定龄期时的抗折强度(MPa);R水为试件浸泡在淡水中一定龄期时的抗折强度(MPa)。

当K蚀≤0.8认为试件抗侵蚀不合格，即试件遭受侵蚀破坏。

表5 普通硅酸盐水泥胶砂试件的配合比

表6 侵蚀溶液浓度及编号

2 试验结果与分析

2.1 水胶比对混凝土抗硫酸盐、镁盐双重侵蚀性能的影响

对水胶比为0.3、0.4、0.5，粉煤灰掺量为30%的试件进行SO2-4为8000mg/L、Mg2+分别为1000mg/L、3000mg/L的双重侵蚀试验，并根据试验结果绘制出各组试件在侵蚀溶液中的抗蚀系数随浸泡时间的变化情况，见图1。

图1不同水胶比试件在双重侵蚀溶液中抗蚀系数随浸泡时间变化曲线

由图1可知:在各浓度双重侵蚀环境中，粉煤灰掺量为30%的水泥胶砂试件的抗双重侵蚀性能随着水胶比的降低而逐渐增强。在为8000mg/L、Mg2+为1000mg/L双重侵蚀溶液中，水胶比为0.30、0.40的普通硅酸盐水泥胶砂试件保持着较好的抗侵蚀能力;在为8000mg/L、Mg2+增大为3000mg/L时，仅有水胶比为0.3的试件仍具有抗侵蚀能力外，其余试件均发生侵蚀破坏。说明水胶比对混凝土的抗双重侵蚀有较大的影响，随着水胶比的降低，混凝土的抗侵蚀性能不断增强。

2.2 粉煤灰掺量对混凝土抗双重侵蚀性能的影响

对水胶比为0.3，粉煤灰掺量分别为30%、40%、60%的试件进行为 8000mg/L、Mg2+分别为1000mg/L、3000mg/L、6000mg/L 的双重侵蚀试验，并根据试验结果绘制出各组试件在双重侵蚀溶液中的抗蚀系数随浸泡时间的变化情况，见图2。

图2 不同粉煤灰掺量试件在双重侵蚀溶液中抗蚀系数随浸泡时间变化曲线

由图2可知:水胶比为0.30、不同粉煤灰掺量水泥胶砂试件，在为8000mg/L、不同Mg2+的双重侵蚀溶液中的抗侵蚀能力分为以下几种情况:

(1)Mg2+≤3000mg/L时，粉煤灰掺量对试件的抗侵蚀性能影响不大，试件都具有较高的抗侵蚀能力，且不掺粉煤灰试件的抗侵蚀能力明显低于掺粉煤灰试件的抗侵蚀能力;

(2)当Mg2+增大至6000mg/L时，粉煤灰掺量对试件抗侵蚀性能的影响逐渐凸显出来，大掺量(掺量达到60%)粉煤灰试件的抗侵蚀能力明显高于其他掺量的粉煤灰试件的抗侵蚀能力;

(3)当 Mg2+增大至15200mg/L时，粉煤灰掺量≤40%的试件在浸泡4个月均失去了抗侵蚀能力，大掺量(60%)粉煤灰试件经过7个月的侵蚀，虽然尚有一定的抗侵蚀能力，但其抗蚀系数已接近破坏临界值，说明在硫酸根离子浓度较大且高镁离子浓度的双重侵蚀环境中，普通硅酸盐水泥试件即使增大粉煤灰掺量，也难以抵抗侵蚀破坏。

从图中还发现，在高浓度双重侵蚀溶液(Mg2+为15200mg/L、分别为20250mg/L、90000mg/L)中，各粉煤灰掺量试件的抗蚀系数均随侵蚀浸泡时间呈明显下降趋势，很快达到破坏状态，并且粉煤灰掺量较大的试件其抗蚀系数下降的速度和程度更严重。

3 结论

降低水胶比可以提高普通硅酸盐水泥试件的抗双重侵蚀能力，但在8000mg/L、Mg2+为 3000mg/L的双重侵蚀溶液中，仅有水胶比为0.3的试件可以抵抗双重侵蚀溶液对试件造成的侵蚀破坏。

对于高浓度硫酸盐、镁盐双重侵蚀环境，还应通过进一步的试验研究，寻找更为有效的措施来提高水泥混凝土的抗侵蚀能力。

［1］ 新疆维吾尔自治区农业厅.新疆土种志［M］.乌鲁木齐:新疆科技卫生出版社，1993:116-376.

［2］ 李方元，唐新军，阿里木江·苏拉依曼，等.掺Ⅱ级粉煤灰胶砂试件在高浓度硫酸盐侵蚀下的破坏特征与破坏机理分析［J］.粉煤灰综合利用:2011(05):

［3］ 李方元，唐新军，胡小虎.短龄期养护条件下不同混凝土长期抗硫酸盐侵蚀性能对比［J］.粉煤灰综合利用:2013(04):

［4］ 阿里木江·苏拉依曼，唐新军，李方元.Ⅱ级粉煤灰高性能混凝土的长期抗硫酸盐侵蚀性能［J］.粉煤灰综合利用:2012(06):

［5］ 周阳，唐新军，李双喜，等.掺Ⅱ级粉煤灰高性能混凝土在短龄期养护条件下的抗侵蚀性能初讨［J］.粉煤灰综合利用:2010(05):

［6］ 谷坤鹏，王成启.混凝土硫酸盐侵蚀的研究现状.［J］.广东建材，2010，(8):31-34.

［7］ 中国国家标准管理委员会.GB/T749-2008水泥抗硫酸盐侵蚀试验方法［S］.北京:中国标准出版社，2008.

［8］ 马继明，孙兆雄，葛毅雄.高性能混凝土的抗硫酸盐、镁盐侵蚀研究［J］.新疆农业大学学报:2005，28(2):67-71.