盐渍土地区输电线路基础混凝土抗硫酸盐腐蚀试验研究

汪春风 李志宏 张 斌 马安刚 于本田 王继林

（1国网甘肃省电力公司经济技术研究院，甘肃 兰州 730030；2甘肃众联建设工程科技有限公司，甘肃 兰州 730070；3兰州交通大学土木工程学院， 甘肃 兰州 730070）

1 引 言

图1 输电线路在甘肃境内河西地区位置示意图

图2 我国盐渍土分布示意图

昌吉-古泉±1100kV特高压直流输电线路工程起点位于新疆准东五彩湾换流站，终点为安徽皖南换流站，线路全长约3256.5km（含长江大跨越3.143km），航空线长度为2963.8km，线路曲折系数1.11，沿线途经新疆、甘肃、宁夏、陕西、河南、安徽6省，其中线路途经甘肃省境内河西地区2市4县（区），线路长度158.083km，海拔高程分布于1500～2000m之间[1]。输电线路在甘肃境内河西地区位置如图1所示。

由图1和图2可以看出，昌吉-古泉±1100kV特高压直流输电线路工程在甘肃境内河西地区基本位于盐渍土分布地区，沿线土壤及地下、地表水中硫酸根含量较大，勘察资料显示[2]：沿线地下水中SO42-含量最高为19828mg/L，土壤中SO42-含量最高为22381mg/kg，对混凝土结构具有强腐蚀作用。硫酸盐环境中的侵蚀性离子进入混凝土内部，与水泥石中某些组分反应生成膨胀性的侵蚀产物。当膨胀应力达到一定程度时就会造成混凝土开裂、剥落及强度损失。尤其当混凝土建筑物位于易产生水位变动的环境时，干湿循环作用会在一定程度上加速硫酸盐侵蚀，混凝土耐久性损失更明显[3-6]。为保证输电线路基础混凝土结构的使用年限本文进行了不同强度等级混凝土的硫酸盐干湿循环试验，测试了混凝土在标准养护条件和硫酸盐腐蚀条件下混凝土强度变化规律，分析输电线路基础混凝土在硫酸盐腐蚀作用下的劣化规律。

2 试 验

2.1 原材料

1）水泥

试验用水泥为张掖市巨龙建材有限公司生产的42.5级普通硅酸盐水泥，水泥的主要物理、力学指标如表1所示，其余指标均满足《通用硅酸盐水泥》（GB 175-2007）的技术要求。

表1 试验用水泥主要物理、力学指标

表2 试验用粉煤灰主要物理、化学指标

表3 防腐阻锈高效外加剂指标

表4 不同强度等级混凝土配合比（kg/m3）

2）粉煤灰

粉煤灰采用张掖火电厂生产的F类Ⅱ级粉煤灰，其主要物理、化学指标如表2所示，其余指标均满足《用于水泥和混凝土的粉煤灰》（GB/T 1596-2005）的技术要求。

3）粗、细骨料

粗骨料采用临泽县盛邦石料厂的级配碎石。碎石符合5～31.5mm连续级配，含泥量为0.8%、泥块含量为0.2%，紧密空隙率为43%。细骨料采用临泽县盛邦石料厂生产的天然砂。砂的细度模数为3.0，为2区中砂，含泥量为1.4%、泥块含量为0.8%，空隙率为43%。砂、碎石其余指标均符合《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》（JGJ 52-2006）中的配制C55以下强度等级混凝土的要求。

4）减水剂

减水剂采用张掖市建鑫新型节能建材厂生产的JX-1型缓凝性高效减水剂。减水剂减水率为19%，泌水率比为31%，含气量为2.6%，7d抗压强度比为151%，28d抗压强度比为143%。其余物理、化学指标均符合《混凝土外加剂》（GB 8076-2008）中的技术要求。

5）防腐剂

为提高混凝土的抗硫酸盐腐蚀性，在混凝土中掺入由兰州德亿建筑科技有限公司生产的DY-6防腐阻锈高效外加剂。其主要技术指标如表3所示。

2.2 混凝土配合比

根据昌吉-古泉±1100kV特高压直流输电线路工程基础对混凝土强度等级的要求不同，试验配制了C30、C35、C40、C45共4个强度等级的混凝土，其中C30混凝土水胶比为0.45；C35混凝土水胶比为0.38；C40混凝土水胶比为0.37；C45混凝土水胶比为0.35。混凝土配合比见表4。依据《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》（GB/T 50080-2016）实测混凝土的坍落度均在160±20mm之间。

2.3 试验方法

为分析硫酸盐腐蚀对混凝土性能影响的程度，混凝土抗硫酸盐腐蚀试验采用《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》（GB/T 50082-2009）的方法，即将每一强度等级的混凝土制作成100mm×100mm×100mm的立方体共计11组33块，其中1组在标准养护28d后进行抗压强度测试，另外10组在28d后分成两部分，其中试验组5组，置入5%硫酸钠溶液的混凝土硫酸盐干湿循环箱，进行干湿循环试验，如图3所示；对比组5组，继续标准养护，与进行干湿循环试验的试件同时进行抗压强度试验。强度试验按照《普通混凝土力学性能试验方法标准》（GB/T 50081-2002）进行。

图3 硫酸盐干湿循环

图4 硫酸盐干湿循环试件与标准养护试件

3 试验结果与分析

表5和图5～图8为不同强度等级混凝土试件在不同硫酸盐干湿循环次数后与对应标准养护的试件抗压强度测试结果。

表5 不同强度等级混凝土硫酸盐干湿循环与对应标准养护抗压强度（MPa）

图5 C30混凝土抗压强度

图6 C35混凝土抗压强度

图7 C40混凝土抗压强度

由表5和图5～图8分析可知，在标准养护条件下各强度等级的混凝土随着养护龄期的增长，其抗压强度也随之增长。这主要是因为不同强度等级的混凝土中都掺入一定量的粉煤灰，粉煤灰早期水化反应速度慢，后期由于二次水化反应即火山灰作用效应，粉煤灰中活性SiO2、Al2O3在水泥熟料中C3S、C2S的水化产物Ca(OH)2激发作用下，与水发生反应，生成更加致密和强度更高的C-S-H胶体，使得混凝土的后期强度会有所增长，另外由于粉煤灰本身颗粒较水泥颗粒细小，在混凝土中发挥微骨料填充效应，也使得混凝土后期更加密实，强度提高。而且，强度提高的趋势是水胶比越大的混凝土，其强度增长幅度越大，这是因为水胶比越大，凝结硬化的混凝土内部孔隙越多，而后期越易被填充。

图8 C45混凝土抗压强度

在硫酸钠溶液干湿循环条件下，不同强度等级混凝土随着干湿循环次数的增长，其抗压强度呈先提高后降低的趋势。这主要是早期硫酸钠溶液渗入混凝土内部孔隙中，在温度较高时结晶填充孔隙，但由于此时膨胀应力较小，未导致凝结硬化的混凝土发生开裂，且由于填充了混凝土内部孔隙，使得混凝土更加密实，使混凝土强度有一定的提高，但随着干湿循环的次数的增多，结晶不断产生膨胀应力，使混凝土内部原有裂缝进一步扩展、连通，导致混凝土强度开始下降。但不同强度等级的混凝土存在两点不同，一是强度出现降低时的循环次数不同，强度等级低的混凝土其强度在循环次数较少时就会出现下降，而强度等级较高的混凝土出现强度下降的循环次数明显延迟，C30混凝土强度降低出现在干湿循环60次后；C35混凝土强度降低出现在干湿循环80次后；C40混凝土强度降低出现在干湿循环80次后；C45混凝土强度降低出现在干湿循环120次后；二是由于C40、C45混凝土本身致密性好，孔隙率小，连通的孔少，使硫酸钠溶液很难进入混凝土内部，因此其强度在经过120次干湿循环后，虽然相对中间过程有所降低，但仍高于标准养护28d时强度，而C30、C35混凝土由于水胶比较大，在经历120次干湿循环后其强度损失较大，远低于标准养护28d时强度。

4 结 语

1）标准养护条件下的不同强度等级的混凝土随着养护龄期的增加，其强度提高，低强度等级的混凝土后期强度在标准养护条件下提高的幅度越大。

2）在硫酸盐干湿循环作用下，不同强度等级的混凝土的抗压强度都遵循着先提高后降低的趋势。但强度由升转降所对应的干湿循环次数不同，强度等级越高的混凝土出现的越晚，且强度等级高的混凝土经过120次干湿循环后强度仍高于标准养护28d强度。

[1]李孝林.准东-华东±1100kV特高压直流输电线路工程甘肃北段导线选型分析[J].内蒙古电力技术，2016，34（01）：25-31.

[2]中国能源建设集团湖南省电力设计院有限公司.准东-华东±1100kV特高压直流输电线路工程施工图设计[R].长沙，2016，1.双线铁路.

[3]Bassuoni M T，Nehdi M L.Durability of selfconsolidating concrete to sulfate attack under combined cyclic environments and flexural loading [J].Cement and Concrete Research，2009，39(3)：206-226.

[4]乔宏霞，周茗如，何忠茂，等.硫酸盐环境中混凝土的性能研究[J].应用基础与工程科学学报，2009，17(1)：77-84.

[5]Jin Z Q，Sun W，Zhang Y S，et al. Interaction between sulfate and chloride solution attack of concretes with and without fly ash [J].Cement and Concrete Research，2007，37( 8)：1223-1232.

[6]高润东，赵顺波，李庆斌，等.干湿循环作用下混凝土硫酸盐侵蚀劣化机理试验研究[J].土木工程学报，2010，43(2)：48-54.