外加剂与矿物掺合料对混凝土抗硫酸盐侵蚀分析

第４Ｏ卷第３期　・ｌ３０・　２　０　１　４年１月　山　西　建　筑　ＳＨＡＮＸＩ　ＡＲＣＨＩＴＥＣＴＵＲＥ　Ｖｏ１．４０　Ｎｏ．３　Ｊａｎ．　２０１４　文章编号：１００９—６８２５（２０１４）０３－０１３０—０３　外加剂与矿物掺合料对混凝土抗硫酸盐侵蚀分析　陈晓宇　【中铁一局集团桥梁工程有限公司，陕　渭南７１４０００）　摘要：为改善混凝土性能，进行了高效减水剂、硅粉、粉煤灰、膨胀剂等外加剂与矿物掺合物对混凝土抗硫酸盐侵蚀有效性的研　究。通过试验证明，在混凝土中掺入高效减水剂，可以延缓混凝土侵蚀破坏，在混凝土中掺入硅粉、粉煤灰、膨胀剂等，能够提高混　凝土抗硫酸盐侵蚀能力，并对其抗腐蚀系数的变化规律进行了研究。　关键词：外加剂，矿物掺合料，混凝土，抗硫酸盐侵蚀，有效性　中图分类号：ＴＵ５２８．０４２　０　引言　在我国，除了海水之外，在西部地区，如盐碱地、盐湖区等，其　地下水中含有硫酸、硫酸盐，在这种环境下进行混凝土施工，硫酸　与硫酸盐对混凝土会造成侵蚀。当前，我国抗硫酸盐混凝土产量　较低，且生产成本较高，难以满足西部地区大规模的工程施工需　要。在工程施工中，为改善混凝土整体性能，提高混凝土强度、耐　久性及工作性能，经常会在混凝土生产过程中掺入高效减水剂、　硅粉、膨胀剂、粉煤灰等外加剂与矿物掺合料。但掺人外加剂与　矿物掺合料对混凝土抗硫酸盐侵蚀的有效性仍有待研究。本文　通过试验的形式，对外加剂与矿物掺合料对混凝土抗硫酸盐侵蚀　的有效性研究进行思考。　１　外加剂与矿物掺合料对混凝土抗硫酸盐侵蚀的有效　性试验及过程　１）试验原材料。　在进行外加剂与矿物掺合料对混凝土抗硫酸盐侵蚀的有效　性试验研究时，为进行对比，在选择水泥上，选普通水泥，即ＯＰＣ，　与抗硫酸盐水泥，即ＳＲＣ，选择不同水泥作为砂浆凝结材料。其　熟料矿物存在着较大差异，普通水泥与抗硫酸盐水泥熟料矿物对　比表如表１所示。　表１　普通水泥与抗硫酸盐水泥熟料矿物对比表　％　水泥品种　矿物组成　Ｃ３Ｓ　ｌ　ｃ２ｓ　ｌ　Ｃ３Ａ　Ｃ４ＡＦ　ＯＰＣ　４５．１６　ｌ　２４．８６　　｝１０．０３　１２．９０　ＳＲＣ　５９．２２　ｌ　１２．９９　Ｉ　６．０５　１０．９ｌ　在外加剂中，选择ＨＲＷ与ＥＡ，即高效减水剂与膨胀剂；在矿　物掺合料上，选择ＣＳＦ与ＰＦＡ，即硅灰与粉煤灰。高效减水剂、膨　胀剂、硅灰及粉煤灰化学成分具体如表２所示。　表２　高效减水剂、膨胀剂、硅灰及粉煤灰化学成分表　成分　ＣａＯ　ＳｉＯ２　ＡｌｚＯ３　Ｆｅ２０３　ＭｇＯ　ＳＯ３　Ｋ２０　Ｎａ２０　ｌＪ．０．Ｉ　总和　ＣＳＦ　０　４４　９２．１８　０．１８　０．４５　０．９７　２．９２　９７．１４　ＰＦＡ　２　５０　４８．４５　３１．２６　６．９３　２．０７　１．０５　Ｏ．６７　０．３１　５．０１　９８　２５　ＵＥＡ　２４．１Ｏ　２５．７５　１５．５Ｏ　Ｏ．９０　Ｏ．９ｏ　２８．７８　Ｏ．４９　Ｏ．１Ｏ　２．５７　９９．０９　２）试验方法。　为研究混凝土抗硫酸盐与硫酸侵蚀能力，首先需要选择一定　的标准进行衡量与判断，当前，判断混凝土抗硫酸盐与抗硫酸侵　蚀能力的主要标准如我国标准ＧＢ／Ｔ　７４９－２００１与美国标准ＡＳＴ—　ＭＣＡ５２，这些标准将混凝土膨胀率作为研究与判断混凝土抗硫酸　盐侵蚀能力的重要参数，在这些标准中，存在着一定的问题，如选　择多大混凝土膨胀率作为判断依据，在同一种混凝土中，其膨胀　率基本一致，但混凝土不同部位及不同结构形式，其膨胀受限程　收稿日期：２０１３—１１—１１　作者简介：陈晓宇（１９８３一），男，助理工程师　文献标识码：Ａ　度是不一致的，例如在隧道工程中拱顶与边墙所应用的混凝土，　混凝土膨胀破坏机理是不相同的。除此之外，硫酸盐种类不同，　其对混凝土的破坏机理不同，如硫酸镁与硫酸钠，相比硫酸钠来　言，硫酸镁在对混凝土侵蚀破坏的过程中，可以生成石膏，以膨胀　作用对混凝土破坏，还可以形成氢氧化镁，导致水泥石结构严重　破坏。　在本文中，进行外加剂与矿物掺合料对混凝土抗硫酸盐侵蚀　的有效性时，选择ＧＢ／Ｔ　７４９．１９６５标准，将水泥净浆试件规格由　１０　ｍｍ　ｘ　１０　ｍｍ　ｘ　８０　ｍｍ改变为４０　ｍｍ　ｘ４０　ｍｍ×１　６００　ｍｉｌｌ胶砂　试件，将混凝土浸泡液ＳＯ　一的２０　２５０　ｍｇ／Ｌ改变为１０％Ｎａ２ＳＯ４。　混凝土试件水中养护时间设计为２８　ｄ，在养护后，应用随机抽取　的方式，从砂浆系梁中任意选择一组试件，对其抗压强度及抗折　强度进行试验研究，从而确定混凝土基准强度。将所有系列砂浆　放在水中、硫酸溶液中及硫酸盐溶液中，在浸泡时间分别为２８　ｄ，　９０　ｄ，１８０　ｄ，３６０　ｄ及７２０　ｄ时，选择一组系列砂浆并对其抗压强度　与抗折强度进行试验研究。将抗折强度比值的抗蚀系统作为判　断混凝土抗侵蚀破坏能力的主要依据。　则有如下公式：　＝　。　式中：Ｋ——混凝土抗蚀系数；　——．　在溶液之中浸泡到一定期龄时该系列砂浆试件所具　备的抗折强度；　——水中２８　ｄ标准养护时，某砂浆试件所具备的基准抗　折强度。　３）混凝土试件制备与养护。　不同系列胶砂试件其配合比不同，对每一个系列砂浆试件制　备若干组，以方便进行试验研究。当胶砂试件完成脱模后，选择　水温在２０　ｏＣ±２　ｏＣ水中进行养护，养护时间为２８　ｄ，完成标准养　护后，选择一组胶砂试件进行基准强度的检测，将其余胶砂试件　分别浸泡于密封塑料容器水、硫酸及硫酸钠溶液中，室温环境控　制在２０　ｏＣ　４－２　ｏＣ范围内。在硫酸溶液中，应用硫酸滴定法，保持　硫酸溶液ｐＨ值在４～４．５范围内，在硫酸钠溶液中滴定硫酸钠，　将其浓度控制在１０％以内。当胶砂试件浸泡到一定期龄后，分别　选择试件，并进行试件的抗折与抗压强度试验。　２　外加剂与矿物掺合料对混凝土抗硫酸盐侵蚀的有效　性分析　１）掺入高效减水剂对混凝土抗硫酸盐侵蚀有效性的研究。　选择高效减水剂，在混凝土中掺入量为０．７％，通过对比普通　爹　荦　背　陈晓宇：外加剂与矿物掺合料对混凝土抗硫酸盐侵蚀分析　・１３１・　混凝土试件、掺入高效减水剂普通水泥试件与掺人高效减水剂抗　有效性，但在掺入量的控制上，还需要进一步进行研究，如掺入高　硫酸盐混凝土试件的抗蚀系数的变化发现，不管是在硫酸盐溶液　效减水剂可以提高混凝土密实度，延缓硫酸盐侵蚀，但如将掺入　还是硫酸钠溶液中的混凝土其抗蚀系数均出现了明显增加，然而　高效减水剂作为解决硫酸盐侵蚀的根本措施，显然是错误的。如　随着时间的推移，其抗蚀系数增加速度逐渐平稳。普通混凝土抗　掺入大量粉煤灰，在提高混凝土抗硫酸盐侵蚀的状况下造成生产　蚀系数随着时间变化十分明显，如硫酸钠溶液中，混凝土期龄为　成本的增加，难以实现生产的经济性。为此，需要在提高混凝土　１８０　ｄ后，其抗蚀系数衰减并完全丧失；而在硫酸溶液中，３６０　ｄ后　抗硫酸盐侵蚀有效性的同时，实现生产的经济效益。　其抗蚀系数完全丧失。而掺入高效减水剂的普通混凝土，在硫酸　１．６　溶液中，其抗蚀系数在半年后逐渐衰减，在７２０　ｄ内丧失。通过研　究发现，掺入高效减水剂，只能延缓混凝土被硫酸盐侵蚀的速度及　１．４　１．２　—▲一普通水泥砂浆试件　时间。　２）掺入膨胀剂对混凝土抗硫酸盐侵蚀有效性的研究。　将普通水泥砂浆试件与掺人６％，９％，１２％膨胀剂的普通砂　浆试件及抗硫酸水泥砂浆试件的抗蚀系数的对比发现，掺入不同　掺量膨胀剂，对普通水泥砂浆于硫酸钠溶液中抗蚀系数并没有　多大影响；对于硫酸盐水泥砂浆抗蚀系数影响不大。研究表明，　掺入膨胀剂，可以提高普通水泥砂浆抗硫酸以及抗硫酸盐的有　效性。　３）掺入硅灰对混凝土抗硫酸盐侵蚀有效性的研究。　分别掺入５％，１０％，１５％的硅灰于砂浆试件之中，具体试件　抗蚀系数经时变化对比情况如图１，图２所示。　１．６　１．４　１．２　＋普通水泥砂浆试件　１．０　＋硅灰掺量５％　０．８　＋硅灰掺量ｌＯ％　０．６　＊一硅灰掺量１５％　Ｏ．４　＋抗硫酸盐水泥砂浆试件　Ｏ．２　Ｏ　龄期，ｄ　图１硫酸钠溶液中砂浆抗蚀系数变化图（一）　１．６　１．４　１．２　＋普通水泥砂浆试件　１．０　—◆一硅灰掺量５％　Ｏ．８　＋硅灰掺量ｌＯ％　Ｏ　６　＊一硅灰掺量１５％　０．４　＋抗硫酸盐水泥砂浆试件　Ｏ．２　０　龄期／ｄ　图２硫酸溶液中砂浆抗蚀系数变化图（一）　通过研究发现，不同硅灰掺量的普通水泥试件在硫酸钠溶液　中抗蚀系数相近，且变化规律上存在着一致性，７２０　ｄ后，其抗蚀　系数有所下降；在硫酸溶液中，硅灰掺量对试件抗蚀系数存在着　较大影响。研究表明，掺入硅灰可以提高混凝土抗硫酸盐及硫酸　侵蚀能力，但应合理控制其掺量。　４）掺入粉煤灰对混凝土抗硫酸盐侵蚀有效性的研究。　在试件中，分别掺入１５％，２０％，２５％粉煤灰，获得不同试件　抗蚀系数变化对比图，见图３，图４。　通过图３，图４可以看出，在硫酸钠溶液与硫酸溶液中，掺入　粉煤灰，均可以有效提高混凝土抗硫酸盐及抗硫酸有效性，且随　着粉煤灰掺量的增加，混凝土抗蚀系数明显增加。　３外加剂与矿物掺合料对混凝土抗硫酸盐侵蚀的有效　性研究　掺入外加剂与矿物掺合料，可以延缓或提高混凝土抗硫酸盐　１．Ｏ　＋粉煤灰掺量１５％　０．８　—●～粉煤灰掺量２０％　Ｏ．６　÷　粉煤灰掺量２５％　Ｏ．４　＋抗硫酸盐水泥砂浆试件　Ｏ．２　０　龄期，ｄ　图３硫酸钠溶液中砂浆抗蚀系数变化图（二）　１．６　１．４　１．２　▲一普通水泥砂浆试件　１．０　＋粉煤灰掺量１５％　Ｏ．８　＋粉煤灰掺量２０％　０．６　＊一粉煤灰掺量２５％　０．４　＋抗硫酸盐水泥砂浆试件　Ｏ．２　０　龄期，ｄ　图４硫酸溶液中砂浆抗蚀系数变化图（二）　此外，因本文试验所采取的基准是水中标准养护２８　ｄ抗折强　度，并通过其抗蚀系数的经时变化研究混凝土抗硫酸盐侵蚀有效　性。但这种计算方法，并不能够代表所有的混凝土产品，为此，需　要在应用中，根据实际情况及混凝土配合比，科学合理的评估外　加剂与矿物掺合料对混凝土抗硫酸盐侵蚀的有效性。　４结语　为满足项目工程施工的要求，改善混凝土性能，提出混凝土　抗硫酸盐侵蚀有效性研究。在本文中，选择高效减水剂及膨胀剂　为￣＇ｌ，／ＪＩｌ剂，选择硅灰及粉煤灰为矿物掺合料，对外加剂与矿物掺　合料对混凝土抗硫酸盐侵蚀的有效性进行研究。试验证明，掺入　高效减水剂，可以有效延缓混凝土硫酸盐及硫酸破坏，膨胀剂、硅　灰、粉煤灰均可以有效提高混凝土抗蚀系数，但其掺入量应合理　控制，在保证质量的基础上，实现经济效益。　参考文献：　［１］　杨凯．酸性水腐蚀下混凝土性能的劣化与防腐技术研究　［Ｄ］．武汉：武￣ＪＥ．７－大学，２０１１．　［２］　孙玉宝，刘　清，侯梁，等．三种聚羧酸系外加剂与水泥及　矿物掺合料的相容性对比研究［Ｊ］．建筑技术，２０１２，４３（１）：　５３＿５５．　［３］　殷大雷，王怀文．水泥与化学外加剂的适应性研究［Ｊ］．科技　信息，２０１３（１０）：４６０－４６１．　［４］　石　帅，邓敏，莫立武，等．矿物掺合料和外加剂对超细水　泥流变性能的影响［Ｊ］．混凝土，２０１１（１０）：６５．６８．　［５］　岳涛，窦广陵．外加剂与活性矿物掺合料对粉煤灰加气混　凝土性能的影响［Ｊ］．浙江建筑，２０１１，２８（１）：６７－７１．　［６］　张伟．海工高性能砼用双效复合外加剂协同作用机制研　究［Ｄ］．南京：南京工业大学，２０１２．　第４ｏ卷第３期　・１３２・　２　０　１　４年１月　山　西　建　筑　ＳＨＡＮＸＩ　ＡＲＣＨＩＴＥＣＴＵＲＥ　Ｖｏ１．４０　Ｎｏ．３　Ｊａｎ．　２０１４　文章编号：１００９・６８２５（２０１４）０３－０１３２－０２　谈道路路面材料发展趋势　洪渊　（Ｉ．浙江省交通规划设计研究院勘察设计事务所，浙江杭州李浩　３１００００）　３１０００６ｉ　２．浙江交工高等级公路养护有限公司，浙江杭州摘要：概述了传统路面材料及新型路面材料的类型、特点及其适用区域，着重介绍了道路路面材料研究的新趋势，即功能型路面　材料和环保型路面材料，以满足对新型道路路面更舒适、更安全、更环保的要求。　关键词：路面材料，功能型路面，环保型路面　中图分类号：Ｕ４１４　文献标识码：Ａ　面）阐述其特点及发展历程。　１）土、石路面。　土是最早用于筑路的路面材料，在农村、落后的山区或工程　０引言　道路路面是采用筑路材料铺设在路基上供车辆行驶的层状　构造物，承受车辆荷载、抵抗车轮摩擦力并保持道路连续。路面　在使用过程中易出现以下问题：　的临时便道地区仍有不少的土路。土路面可塑性强，但平整度及　　１）反复的车轮荷载使路面产生较大的变形，甚至导致路面　稳定性很差。石料路面的主要材料是砂砾和石料，一般采用地表层经风化　破坏；　２）因温度、水文等不利的自然因素引起路面强度降低；　得到的碎石或抛石，可直接铺筑路面，２０世纪６０年代，泥结碎石　３）减速、刹车时车轮对路面的水平摩擦力使路面产生车辙，　是我国公路的主要路面材料。石料路面相对土路面强度高、平整　度好并相对稳定，目前也用于行车道路路面。　路面的不平整降低行车的舒适性并易诱导事故发生；　４）若路面的抗滑性较低，在启动和制动时汽车易发生滑移　危险；　２）水泥混凝土路面。　水泥混凝土路面是目前常用的路面形式之一，由水泥、粗细　骨料及外加剂拌合成的混凝土混合料，并通过浇筑、碾压成型，水　５）汽车行驶过程中，易发生扬尘现象污染环境。　故针对这些问题，提出道路路面的要求：路面强度高、稳定性　泥水化并硬化后形成的具有一定强度的混凝土材料。该路面强　表面摩擦力小、性能稳定，既可在工厂预制各种需要的路面　高、平整度好及适当的抗滑性能，同时使车辆行驶时不致产生过　度高、适合用于城市内的人行道、停车场及广场　大的扬尘现象，降低路面和车辆部件的损耗，保证良好的视距，降　形状也可在现场摊铺，等区域。若在混合料中掺人彩色水泥或颜料，亦可获得各种色彩　低环境污染。　增加道路的美感。　目前国内道路路面主要采用土、石路面、水泥混凝土路面及　的路面，进而调节路面色彩，３）沥青混凝土路面。　沥青路面，为适应社会的需求，新型路面也层出不穷。本文针对　当前道路的路面材料进行分类归纳，并对新型路面材料的发展趋　势进行展望　。　沥青混凝土路面采用沥青为胶结材料，通过粗、细骨料、矿粉　采用一定的配比混合拌制并铺压后形成。该路面柔韧性强、变形　１　道路路面材料的发展现状　依据《公路工程质量标准》的规定，将道路路面按照材料的品　性能良好，且可不设伸缩缝及工作缝，路面的连续性和平整度好，　同时该路面具有较好的吸声减震性能，便于车辆快速行驶，目前　一级公路等高级路面的道路。　质分为低级、中级、次高级和高级四种类型。低级路面为采用粒　多适用于高速公路、料加固土路面或其他材料加固及改善的土路面，一般采用材料分　２道路路面材料的发展趋势　层铺筑；中级路面为采用不整齐石块、碎石或砾石等其他粒料的　伴随着经济的发展，道路交通在满足经济、出行方便的基本　路面；次高级路面为采用沥青灌入式碎石、路拌沥青碎石或砾石、　要求外，更安全、更舒适、更环保也一并提上道路路面的发展日　砾石、半整齐石块及沥青表面处治的路面；高级路面为采用沥青　程。故功能型的路面材料、环保型的路面材料也应运而生，不仅提　混凝土、水泥混凝土、整齐石块或条石及厂拌沥青碎石的路面。　高了路面的使尉Ｉ生能，也明显改善道路交通的服务质量及水平。　由于路面材料的特点及施工工艺对路面的使用性能起决定性的　作用，针对不同的路面材料（土、石路面、水泥混凝土路面、沥青路　１）功能型路面材料。　这是在路面材料的基本功能之上加以其他功能的多用途路面　Ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｎ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ　ａｎｔｉ．ｓｕｌｆａｔｅ　ｅｒｏｓｉｏｎ　ｏｆ　ａｄｄｉｔｉｖｅ　ａｎｄ　ｍｉｎｅｒａｌ　ａｄｍｉｘｔｕｒｅ　ＣＨＥＮ　Ｘｉａｏ・ｙｕ　（Ｃｈｉｎａ　Ｒａｉｌｗａｙ　１ｓｔ　Ｂｕｒｅａｕ　Ｇｒｏｕｐ　Ｂｒｉｄｇｅ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｃｏ．，Ｌｔｄ，Ｗｅｉｎａｎ　７１４０００，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ　ｏｒｄｅｒ　ｔｏ　ｉｍｐｒｏｖｅ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ，ｔｈｅ　ａｒｔｉｃｌｅ　ｓｔｕｄｉｅｓ　ｔｈｅ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ　ａｎｔｉ－ｓｕｌｆａｔｅ　ｅｒｏｓｉｏｎ　ｖａｌｉｄｉｔｙ　ｏｆ　ｈｉｇｈ　ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ　ｗａｔｅｒ　ｒｅｄｕｃｉｎｇ　ａ—　ｇｅｎｔ，ｇａｎｉｓｔｅｒ　ｓａｎｄ，ｆｌｙ　ａｓｈ，ｅｘｐａｎｓｉｖｅ　ａｇｅｎｔ　ａｎｄ　ｏｔｈｅｒ　ａｄｄｉｔｉｖｅ　ａｎｄ　ｍｉｎｅｒａｌ　ａｄｍｉｘｔｕｒｅ．Ｔｈｅ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ　ｒｅｓｕｌｔ　ｓｈｏｗｓ　ｔｈａｔ：ａｄｍｉｘｉｎｇ　ｈｉｇｈ　ｅｆｆｉ—　ｃｉｅｎｃｙ　ｗａｔｅｒ　ｒｅｄｕｃｉｎｇ　ａｇｅｎｔ　ｉｎｔｏ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ　ｃａｎ　ｄｅｌａｙ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ　ｅｒｏｓｉｏｎ　ｄａｍａｇｅ；ａｄｄｉｎｇ　ｇａｎｉｓｔｅｒ　ｓａｎｄ，ｆｌｙ　ａｓｈ　ａｎｄ　ｅｘｐａｎｓｉｖｅ　ａｇｅｎｔ　ｉｎｔｏ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ　ｃａｎ　ｉｍｐｒｏｖｅ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ　ａｎｔｉ—ｓｕｌｆａｔｅ　ｅｒｏｓｉｏｎ　ａｂｉｌｉｔｙ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｉｔ　ｓｔｕｄｉｅｓ　ｔｈｅ　ｃｈａｎｇｉｎｇ　ｌａｗ　ｏｆ　ｉｔｓ　ａｎｔｉ－ｓｕｌｆａｔｅ　ｅｒｏｓｉｏｎ　ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ａｄｄｉｔｉｖｅ，ｍｉｎｅｒａｌ　ａｄｍｉｘｔｕｒｅ，ｃｏｎｃｒｅｔｅ，ａｎｔｉ—ｓｕｌｆａｔｅ　ｅｒｏｓｉｏｎ，ｖａｌｉｄｉｔｙ　收稿日期：２０１３・１１・１１　作者简介：洪渊（１９８５一），男，助理工程师；　李浩（１９８６－），男，助理工程师