高性能抗硫酸盐混凝土的试验研究

董 红 霞

(山西六建集团有限公司，山西 太原 030024)

·建筑材料及应用·

高性能抗硫酸盐混凝土的试验研究

董 红 霞

(山西六建集团有限公司，山西 太原 030024)

针对结构混凝土因硫酸盐侵蚀破坏影响工程结构安全等问题进行了试验研究，并从研究背景、国内外研究现状、内容、方法、结论、应用前景等方面对高性能抗硫酸盐混凝土作了阐述与分析，为高性能抗硫酸盐混凝土的推广提供了技术支撑。

硫酸盐，混凝土，粉煤灰，水胶比，掺合料

1 研究背景

煤炭是我国的主要能源。煤层开采后处于氧化环境，煤炭中所含的矿物质硫与矿井水和空气接触后，经过一系列的氧化、水解作用，生成硫酸，使水呈酸性，即产生了酸性矿井水。酸性矿井水的形成对地下水及土壤造成了严重的污染。地下水及土壤中的硫酸盐侵蚀是造成地下混凝土工程腐蚀的重要因素，因此在建筑设计时地下混凝土工程越来越多地要求使用抗硫酸盐混凝土。

目前，专用的抗硫酸盐水泥生产厂家十分稀少，产量很低，远远不能满足要求，需要探索新的抗硫酸盐混凝土配制方法，研究使用矿渣水泥配制高性能抗硫酸盐混凝土。

2 国内外研究现状

1)提高混凝土抗硫酸盐侵蚀的技术措施通常是采用抗硫酸盐水泥配制抗侵蚀混凝土，但抗硫酸盐水泥的应用范围有一定的局限性，且价格远远高于常用水泥。2)多采用掺入粉煤灰以减少水泥用量的方法制备抗硫酸盐混凝土，此外还需加入一些减水剂、增稠剂等外加剂。3)通过检测抗硫酸盐混凝土试件的物理外观、抗压强度、抗折强度、弹性模量以及硫酸根离子扩散性等进行其抗侵蚀性研究，得出掺入粉煤灰可以获得高性能抗硫酸盐混凝土的结论。但试验表明，有些粉煤灰提高了混凝土的抗硫酸盐侵蚀性能，在一定的粉煤灰掺量范围内，掺量增加使抗侵蚀效果更好，而有些粉煤灰却效果不明显，甚至出现侵蚀加剧的现象，造成这种现象的根本原因在于粉煤灰的CaO与 Fe2O3含量各不相同。

3 研究项目情况及方法

山西省双喜轮胎股份有限公司清徐新厂区，位于太原市清徐县。清徐县多年从事焦炭化工，造成浅层地下水酸性化。其桩基混凝土采用C30中等抗硫酸盐混凝土。原材料：水泥：采用太钢双良矿渣42.5级水泥；矿粉：采用S95级太钢磨细矿渣粉；粉煤灰：采用太原第一热电厂二级粉煤灰；砂子：交城水洗砂，细度模数2.8；石子：采用交城碎石(5 mm～25 mm)连续粒径。外加剂：采用山大合盛生产的209聚羧酸高性能减水剂，掺量2.0%。

3.1 粉煤灰对硫酸盐侵蚀的影响

1)低强度等级混凝土抗硫酸盐侵蚀情况，见表1，图1。

表1 单掺加粉煤灰的混凝土配合比

从图1中可以看出，当粉煤灰掺量超过20%时，抗硫酸盐效果变得较为明显。

2)C30中等强度混凝土抗硫酸盐侵蚀情况，如表2，图2所示。

表2 C30单掺加粉煤灰的混凝土配合比

从图表中可以看出，粉煤灰掺量为40%时，强度略有增长。这是由于Na2SO4充当了粉煤灰的“激发剂”，使混凝土强度有所增长，但随着时间的推移其强度仍将回落损失。

3)C50混凝土抗硫酸盐侵蚀情况,见表3，图3。

从图表中可以看出，较高强度混凝土抗渗透性能好，使用28 d短龄期试验不能很好地描述混凝土的抗硫酸盐侵蚀性能。但是，这为抗硫酸盐混凝土的研究指明了方向——混凝土的高性能化。

根据试验得出：粉煤灰掺量加大，混凝土的抗硫酸盐性能增加，但是粉煤灰掺量过大时，混凝土力学性能也会下降，反而不利于抗硫酸盐侵蚀，需根据具体的配合比，尤其是所使用减水剂的性能而定。在高性能减水剂配合下粉煤灰掺量可以达到40%以上，但使用高效减水剂时掺量不宜超过30%。

表3 C50单掺加粉煤灰的混凝土配合比

3.2 水胶比对硫酸盐侵蚀的影响

C30以下混凝土水胶比为0.55；C30混凝土水胶比为0.38；C50混凝土水胶比为0.33。随着水胶比的减小，混凝土抗渗透性能提高，密实程度增加，混凝土抗硫酸盐侵蚀性能也提高；在粉煤灰掺量超过30%时，抗硫酸盐性能明显，表明低水胶比、高掺量粉煤灰的混凝土配合比具有良好的抗硫酸盐性能。水胶比不宜大于0.45，最好控制在0.4以下。

3.3 双掺合料高性能混凝土的抗硫酸盐性能

1)磨细矿渣与粉煤灰双掺的配合比，见表4。试验采用的外加剂为聚羧酸高性能减水剂，普通萘系高效减水剂中Na2SO4含量为16%左右，而高浓高效萘系减水剂Na2SO4含量为2.6%，聚羧酸高性能减水剂几乎不含Na2SO4。这样混凝土中Na2SO4含量极低，粉煤灰和磨细矿渣粉可以消耗更多的Ca(OH)2，充分阻断硫酸盐侵蚀反应的发生。

表4 磨细矿渣与粉煤灰双掺的混凝土配合比表

2)双掺合料高性能混凝土性能，见表5，表6。

表5 双掺合料高性能混凝土性能表 mm

表6 双掺合料高性能混凝土力学性能表 MPa

双掺合料高性能混凝土性能优良，满足泵送混凝土性能要求，也符合高性能混凝土工作性能、力学性能要求。

3)硫酸盐侵蚀情况见表7。

表7 硫酸盐侵蚀情况表 MPa

根据试验得出：使用粉煤灰和磨细矿渣粉两种掺合料配制的高性能混凝土同时具有优越的抗硫酸盐性能，其抗硫酸盐性能更为出色。在抗硫酸盐要求较高的环境中可以使用粉煤灰和磨细矿渣粉双掺技术，需要指出的是应同时使用高性能减水剂(如高效高浓性高效减水剂或聚羧酸高性能减水剂)。

4 研究结论

1)使用现在大量生产的矿渣水泥，而非专用的抗硫酸盐水泥，配制高性能抗硫酸盐混凝土是可行的。2)在中低强度等级混凝土中大量掺入粉煤灰，虽然强度有所下降但硫酸盐侵蚀的强度损失却在上升。可以在中低强度混凝土中单掺粉煤灰来实现抗硫酸盐侵蚀的效果，掺量不宜小于30%。3)使用粉煤灰和磨细矿渣粉两种掺合料配制的高性能混凝土，其抗硫酸盐混凝土性能更佳，水胶比小于0.35的“双掺”混凝土具有良好的抗硫酸盐侵蚀性能。4)抗硫酸盐混凝土的性能与矿物掺合料的使用量有关，同时与混凝土水胶比关系更为密切，使用低水胶比，高矿物掺合料是配制抗硫酸盐混凝土的有效技术手段。

5 推广应用前景

该研究针对结构混凝土因硫酸盐侵蚀破坏影响工程结构安全等问题，通过试验，研究应用矿渣硅酸盐水泥，掺加粉煤灰、磨细矿渣粉、高效减水剂等配制成抗硫酸盐混凝土，并应用到工程实践中，结合工程实际情况，研究方法先进，实验数据翔实。随着对工程耐久性问题的日益重视，抗硫酸盐混凝土应用将会越来越多，该试验成果保证了抗硫酸盐混凝土的性能、质量，节约配制成本，具有广阔的推广应用前景，经济社会效益显著。

[1] 彭德新.水胶比和粉煤灰掺量对混凝土抗硫酸盐侵蚀性能的影响[J].湖南交通科技，2014(2):67-68.

[2] 梁永宁，袁迎曙.硫酸盐侵蚀环境因素对混凝土性能退化的影响[J].中国矿业大学学报，2005(3)：452-457.

Research on tests of high-performance sulphate-resistance concrete

Dong Hongxia

(ShanxiNo.6ConstructionCo.,Ltd,Taiyuan030024,China)

According to the problems of the engineering structural safety affected by the sulphate of the structural concrete, the paper undertakes the test research, and illustrates the high-performance sulphate-resistance concrete from the research background, research at home and abroad, contents, methods, conclusion, and applied prospect, so as to provide some technical support the extension of the high-performance sulphate-resistance concrete.

sulphate, concrete, fly ash, water-binder ratio, mixture

2015-05-28

董红霞(1968- )，女，高级工程师

1009-6825(2015)22-0120-03

TU528

A