高抗硫酸盐混凝土配合比优化设计

武宝义吕永强阳小君石亚林

摘要：某工程引水隧洞地下水中SO42-总磷含量超标，对混凝土有强结晶型腐蚀和污染引水水体的风险。因此在混凝土施工前，对该引水隧洞混凝土进行抗硫酸盐侵蚀性试验。本文介绍了硫酸盐对混凝土的侵蚀影响，高抗硫酸盐混凝土原材料的选择，及通过掺粉煤灰的方式对高抗硫酸盐混凝土配合比进行优化设计。

关键词：配合比设计；抗腐蚀性；高抗硫酸盐混凝土

1.引言

某工程引水隧洞附近有一些化工企业，其中某集团磷石膏渣场距引水隧洞约1km，而该洞段位于岩溶极发育区域，存在有机物渗透对工程及水质带来较大危害的风险。根据对该区段地表和地下水体抽样检测，地下水中SO42-总磷等含量超标，因此对该区段采取有针对性的防渗和防腐处理措施。故进行混凝土抗硫酸盐侵蚀性试验，以确保工程质量。

2.混凝土受硫酸盐侵蚀的影响因素

硫酸盐对混凝土侵蚀作用非常复杂，其中包括物理方面和化学方面的侵蚀。受硫酸盐侵蚀的影响因素也有很多，主要体现在内部因素和外部因素。内部侵蚀是由于混凝土组分本身带有的硫酸盐引起，主要体现在混凝土自身的性质包括水泥、活性掺合料和水胶比，施工质量水平等；外部侵蚀是环境中的硫酸盐对混凝土的侵蚀，包括硫酸根离子浓度和环境PH值、混凝土的工作环境条件等。

3.原材料选用

3.1水泥

水泥对混凝土的抗腐蚀性能起决定性的作用，混凝土中的硅酸三钙的含量过高，易于受到硫酸盐的侵蚀生成石膏。如果混凝土中铝酸三钙过多，则易于生成过多的钙矾石，在侵蚀环境下导致膨胀破坏。根据工程设计要求，结合高抗硫酸盐水泥的特性，本次试验混凝土选用P?HSR42.5高抗硫酸盐水泥。

依据GB748标准要求，对高抗硫酸盐水泥进行标准稠度用水量、凝结时间、安定性、比表面积、密度、抗压强度、抗折强度、铝酸三钙（C3A）含量、抗硫酸盐性等指标检测，试验结果均满足标准要求，抗硫酸盐性14d≤0.04％。试验结果见表3.1。

4.混凝土配合比设计及试验方法

4.1配合比基本参数选择试验

在配合比设计过程中充分利用粉煤灰对降低混凝土水化热和后期强度的贡献，以及对混凝土抗侵蚀的作用，选出粉煤灰的合理掺量，全面考虑合理的骨料级配对混凝土工作性和可泵性的影响和耐久性抗侵蚀能力。通过对减水剂不同掺量下的混凝土性能试验，泵送剂的最优掺量为1.0％、对石子级配组合进行容重试验，并结合工程经验，选用二级配粒径为5mm～20mm：20mm～40mm比例为45：55。

4.2水胶比与强度关系

当混凝土原材料、生产工艺以及工序既定的情况下，混凝土的性能主要取决于水胶比的大小。水胶比越大混凝土的强度越低，水胶比越小混凝土的强度越高，抗侵蚀能力就越强。配合比设计过程中首先进行基准用水量与砂率试验，然后进行水胶比与强度关系试验，对水胶比与强度统计计算回归方程，利用设计强度等级计算配制强度，将配制强度带入回归方程得出水胶比。

5.高抗硫酸盐混凝土配合比试验

为确保混凝土单位用水量、砂率、容重及强度与水胶比的关系，进行混凝土拌和物含砂、坍落度、含气量、容重等性能检测。通过混凝土拌和物性能检测及拌和物观察，粉煤灰掺量为35%的混凝土拌和物各项性能比掺量为25%的混凝土拌和物性能较好，泌水量少，流动性好，保坍性好，故粉煤灰掺量选择35%。

抗硫酸盐侵蚀性试验采用中国建筑科学研究所《混凝土材料抗硫酸盐腐蚀试验方法》进行，室内将进行标准养护28天后的1组混凝土试件放在清水中，1组放在浓度为5％的Na2S04溶液中，浸泡时间均为30天，测定其抗压强度比即抗硫酸盐腐蚀系数，以验证混凝土抗硫酸盐的侵蚀能。检测结果见表5.1。

试验表明，混凝土的强度越低水灰比就越大，试件的孔隙率就越大，渗透性就越强，这不仅影响了混凝土本身的强度，而且更加速硫酸盐的侵蚀。因此合理选择配合比对提高混凝土的抗硫酸盐侵蚀性能是十分有利的。表5.2中高抗硫酸盐混凝土浸泡30d的抗腐蚀系数在0．91～0．95之间，抗侵蚀能力较强。

5.1混凝土强度与水胶比变化关系

根据各水胶比的28天抗压强度试验结果进行回归计算，得出混凝土强度与水胶比的关系式如下：

C35W10（二）：fcu，o=8.145*（C+F）/W+19.93（28天）

相关系数r=0.992粉煤灰掺量25%坍落度18~20cm

C35W10（二）：fcu，o=9.858*（C+F）/W+15.14（28天）

相关系数r=0.996粉煤灰掺量35%坍落度18~20cm

5.2混凝土水胶比的确定

在混凝土配合比试配中粉煤灰掺量为35%选择了0.46、0.43、0.40、0.37、0.34、0.31六个不同水胶比、粉煤灰掺量为25%选择0.40、0.37、0.34三个不同水胶比，根据所确定的原材料进行混凝土水胶比与强度关系试验，按28天龄期抗压强度进行回归计算，得到胶水比与强度线性关系。将利用设计强度等级计算的配制强度代入回归方程计算出满足混凝土设计强度等级要求的水胶比，其结果见表5.2。

8.总结

混凝土受硫酸盐侵蚀后将严重影响工程使用寿命。经试验研究，采用高抗硫酸盐水泥并掺入优质粉煤灰，计算回归优化混凝土的配合比和水胶比，确保混凝土具有良好的抗硫酸盐侵蚀性。通过工程实际应用，得到了良好的效果。

参考文献：

[1]中国建筑材料工业部．GB749-65水泥抗硫酸盐侵蚀试验方法[S]．

[2]欧阳东．混凝土抗硫酸盐侵蚀试验的一种新方法[J]．

[3]中国建筑科学研究所.混凝土材料抗硫酸盐腐蚀试验方法[J].

[4]贺瑞春，陈记豪，赵顺波.混凝土受硫酸盐腐蚀的试验方法[J]．