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1、抗硫酸盐耐久性混凝土的性能研究与工程应用探讨摘要：以市新区快速通道项目为工程背景，结合当地混凝土原材料的性能和工程地处水文地质特点,对比试验与分析了普通硅酸盐水泥配制混凝土和抗硫酸盐水泥配制的耐久性混凝土性能，特别是两者的抗硫酸盐耐久性参数进行试验详细的比较分析，由抗硫酸盐水泥配制的混凝土具有更好的抗硫酸循环能力，具有更好的强度保持性和耐久性，并成功应用于本重点工程中，可实现工程涉及的几座大桥的使用寿命满足100年设计使用年限。前言市新区快速通道（G245至G213连接线）工程项目，该公路西起市区的镇，经过新区镇,东止县的镇，全线长48.65公里。公路设计使用年限为100年，经勘探检测，工程中
2、的南大桥、河大桥、上跨铁路大桥和大道跨线桥桥位所处区域，地下水中SO2含量最高达到2154mg1.o在这样的环境条件，进行大桥的混凝土桩基、埋于土壤里的混凝土墩柱的建设与施工，若是采用常规性能的混凝土，则比较容易被侵蚀混凝土表面，进而会腐蚀至大桥的桩基、墩柱内部结构，影响其混凝土结构的整体使用寿命。因此，需要研究能够抗硫酸盐腐蚀的混凝土，来保证整个混凝土结构的耐久性，进而使工程涉及的几座大桥的使用寿命满足设计使用年限，达到真正的耐久、经济作用。1试验1.l混凝土受硫酸盐侵蚀的机理硫酸盐侵蚀主要是环境中的S02-通过混凝土中的毛细血管进入混凝土内部，并与混凝土硬化后产物中的Ca（OH）2发生化学
3、反应，生成硫酸钙（CaSO4）,硫酸钙进而再与水泥水化产物铝酸钙（CaOA1.2O312H2O）反应生成水化硫铝酸钙（钙矶石）引起体积膨胀，膨胀产生的拉应力超过混凝土的极限拉应力就会造成混凝土的开裂破坏；再者，由于整个混凝土体系内的碱度被降低到一定程度，进而会导致混凝土包裹着的钢筋失去钝化而锈蚀破坏。根据硫酸盐来源的不同可分为外部和内部硫酸盐侵蚀。1.2混凝土的原材料（1）水泥：特种水泥股份有限公司生产的PQ42.5R普通硅酸盐水泥和PMS42.5中抗硫酸盐水泥。（2）粉煤灰：生产的11级灰，细度12%,需水量比105%,三氧化硫含量1.75%。（3）粗集料：卵石压碎的5-1Omm和10-25
4、mm碎石双掺，两者掺和配比为例，碎石吸水率0.6%,坚固性1%,含泥量0.3%,表观密度2790kgm30（4）细集料：地区卵石压碎的机制砂和天然细砂，两者掺和配比为加，机制砂细度模数3.1,石粉含量5.6；细砂细度模数14含泥量2.8。（5）外加剂：生产的HZQl型聚竣酸高性能减水剂，减水率27%。（6）水：拌合水采用自来水。1.3 试验方法根据大桥的不同部位、环境条件和混凝土原材料的性能特点，依据JGJ552011普通混凝土配合比设计规程、JTG/TF50-2011公路桥涵施工技术规范、GB/T50476-2008混凝土结构耐久性设计规范等标准规范分别设计出工程所需要的桩基（水下C35）、
5、桥台（C35）和墩柱（C40）的混凝土配合比，具体见表1.1。表1.1凝土的设计配合比WkainmtHui91OomiiIO*25auu?0162TjOIITO214170OM313301343867711052.1spIS1700382684017938677IIOS12sp2l170033515003763410802.0s22170033464!0S237634IOSO2.0。33s231700334122010337634IOSO2.1s241700333613015537634IOSOIl25170033309402063763410802.2表2混凝土性能试验结果编号粉煤灰掺量()
6、坍落度(mm)7d强度(MPa)28d强度(MPa)抗压强度耐腐蚀系数(KS90%)sp-01022029.743.137sp-021020027.341.953sp-032022026.040.270sp-043021024.137.879sp-054020520.335.288sp-11022039.353.243sp-121020038.052.758sp-132022035.250.179sp-143021032.048.788sp-154020529.748.590sp-21022049.765.776sp-221020046.566.070sp-232022043.864.868s
7、p-243021042.160.570sp-254020538.457.367图1不同水灰比条件下单掺加粉煤灰混凝土抗压强度耐腐蚀系数从表2和图1中可以看出，当水胶比为0.45和0.38,粉燥灰掺量超过20%时，抗硫酸盐效果变得较为明显。证明加入粉煤灰矿物掺合料对于抑制硫酸盐的侵蚀是一种有效手段。而掺加的量不宜小于20%一般来说随混凝土水胶比的减小，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。随着水胶比的降低，混凝土的抗硫酸盐的性能显著提高，这是由于混凝土的水胶比降低改善了混凝土的孔隙结构，提高了混凝土的抗渗性能，而低渗透性是用来抗硫酸盐最好的防护1。根据试验得出：粉煤灰
8、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粉煤灰的掺量不宜超过30%；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磨细矿渣与粉煤灰以不同比例复掺，研究其对混凝土性能的影响。双掺合料混凝土配合比见表3,性能试验结果见表4和图2。3磨徽矿渣与物煤灰双掺的混凝土配合比kg
9、m3切号水水皎比水泥磨细砂淡粉IMK%)磨细丁液粉物燥衣持量(%)I&媒灰砂率(%)砂石外加剂捧量(%)sp-kl170033258201033015$3769211782.1sp-k21700332S82512925129376S2116120spM1700332530ISS2010337673IMS20sp-k417003325835180157737663112920sp-k517003325840206IO523765411132.0表4磨细矿渣与粉煤灰双掺混凝土性能结果(%)幅芭运三ts7d强度28d强度90次干湿循环混凝土抗压强度耐ifntj(MPa)(MPa)后强度（MPa）腐蚀
10、系数（ks90,%）sp-kl41.657.155.798sp-k243.360.761.5101sp-k345.164.863.898sp-k447.865.663.797sp-k549.971.970.097图4磨细矿渣与粉煤灰双掺的混凝土抗压强度耐腐蚀系数使用粉煤灰和磨细矿渣粉可以达到理想的抗硫酸盐的效果，有资料表明“水化后不含或极少量氢氧化钙的水泥性能要好得多。大量使用矿物掺合料可以最大限度的减少氢氧化钙的含量，磨细矿渣粉活性高可以大量使用在混凝土中并且保持混凝土的力学强度。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
11、低强度等级混凝土中大量掺加粉煤灰，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20%.（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033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。参考文献PKumarMehta.混凝土微观结构性能和材料M.北京：中国电力出版社，2008.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川.中国矿业大学学报，2005,34(4):452-457.
