刘丽敏
广东省长大公路工程有限公司 510620
摘要：某高速公路混凝土道路和隧道地处是我国严寒地区,除冰盐的使用非常普遍,混凝土的抗氯盐侵蚀性能研究对于提高混凝土结构的耐久性非常重要。高速公路隧道用混凝土除了要求具有优异的力学性能外,还要具有良好的耐久性。高性能混凝土耐久性的大幅提高,对于提高隧道路面的使用寿命,降低混凝土在严寒条件下,或各种有害离子的侵蚀所带来的破坏性,具有巨大的经济效益和社会效益。为此,本文基于隧道混凝土路面和衬砌病害的调查分析,初步归纳了诱发这些病害的成因,提出开展隧道路面用混凝土的长期耐久性、抗氯盐侵蚀性能进行了试验研究。通过几组试验,重点分析了掺粉煤灰试件和不掺粉煤灰试件在侵蚀液养护下对混凝土强度的影响,结果表明,掺加活性掺合料有助于提高混凝土的长期耐久性,对抵抗氯盐能力有提升作用。
关键词：高性能混凝土;耐久性;活性掺合料;盐冻
引言
某地区许多高速公路隧道混凝土路面和衬砌在运行期间出现了不同程度的病害现象。基于现场监测,分析了诱发这些裂缝的主要原因,对隧道路面用混凝土的长期耐久性、抗氯盐侵蚀性能进行了试验研究。结果表明,掺加活性掺合料有助于提高混凝土的长期耐久性。
1隧道混凝土路面病害调查
隧道用混凝土裂损的类型主要有变形、移动、开裂三种。某地区的隧道主要以开裂为主。开裂是指衬砌表面出现裂纹(或龟裂)和裂缝(宽度较大)和贯通衬砌全部厚度,是混凝土变形的结果。由于诱发公路隧道混凝土衬砌病害的种类很多,成因极其复杂。但现有理论研究水平还不能从根本上解释这些现象,但通过现场分析、以前研究工作和专家经验诊断,某地区的公路隧道混凝土病害成因诱发因素主要包括:
(1)腐蚀:由于混凝土衬砌中圬工质量和水泥品种与渗流到衬砌内部的含侵蚀性介质的水作用,以及周围温度和湿度的影响,长时间处于腐蚀条件下影响。(2)冻害:在寒冷地区,特别是在冻涨性土的存在,由于受寒冷气温和季节性冻结圈的作用,容易出现冻害诱发混凝土衬砌裂缝出现。(3)盐冻效应,寒冷地区冬季除冰盐的使用加剧了混凝土病害的发生。NaCl溶液浓度对混凝土的剥落性能影响较大。另外,该隧道所处地段中富含膏盐,化学成分为CaSO4和NaCl等盐类,易溶于水,能形成大规模溶洞,且硫酸盐及氯盐若侵入混凝土,都易对混凝土造成腐蚀,对混凝土性能产生不利影响,降低混凝土耐久性。于是为提高混凝土耐久性,可在混凝土中加入掺合料,提高混凝土的密实性,以抵抗腐蚀液的侵蚀。本试验也将研究掺粉煤灰对混凝土的耐久性能的影响。
2混凝土配合比水泥选用
32.5级普通硅酸盐水泥;砂选用Ⅱ区中砂,密度为2.61g/cm3,含水量测得为3.92%;粗骨料选用碎石,密度为2.8531g/cm3,含水量测得为0.046%,最大粒径为20mm;采用的粉煤灰为I级粉煤灰。本试验设计两种配合比,第一种为普通的不掺粉煤灰的混凝土配合比,第二种为按与第一种配合比的水泥用量15%等量的粉煤灰取代水泥的混凝土配合比。通过一系列对比性试验,根据试验结果对混凝土防腐蚀耐久性进行分析。试验的对比因素主要包括养护环境的不同和混凝土有无掺合料。每种情形下做5块立方体试件(150mm×150mm×150mm),取其中的3个试验结果分析。养护分两中情况:(1)正常环境下养护:正常温湿度,没有腐蚀性盐类侵蚀,不加入防腐蚀外加剂A。(2)潮湿环境下养护:①养护环境潮湿,其它与正常环境相同B;②养护时有氯盐侵蚀:分氯离子浓度不同C1和C2两组情况;③养护时有硫酸盐侵蚀:分硫酸根离子浓度不同D1和D2两组情况;④掺入粉煤灰的混凝土在有氯盐侵蚀环境下养护E;⑤掺入粉煤灰的混凝土在有硫酸盐侵蚀环境下养护F;水泥等级为32.5级,混凝土强度等级定为C20。所选用混凝土的配合比如下:
3混凝土耐久性试验
3.1试件制作与养护
根据以上配合比,制作混凝土称取相应的材料,采用搅拌锅机械搅拌。机械搅拌完成后将拌合物自从搅拌机倒出到拌板上,经人工拌和1～2min后,做坍落度试验,坍落度满足在100～140mm之间就满足要求。坍落度测完后再人工拌和一下就填入预先组装好的模具中。模具内壁应事先刷油。本试验前6组不掺粉煤灰的试件一律采用振动台振实,后两组掺粉煤灰试件采用人工捣实。制作好的试件在日常温度(大约20℃左右)下静置一昼夜,然后编号拆模。拆模后的试件放在标准养护室中养护。
3.2试件抗压试验
本试验所有试件均1d拆模,不掺粉煤灰试件标准养护5d侵蚀,掺粉煤灰试件标准养护4d就侵蚀。观察各组压力值结果发现:每组都有一两个数值不满足混凝土的设计强度要求,即压力值低于450kN,分析原因,可能这些不满足强度的试件都是每一组最后装模一两个试件,因为最后两个试件剩余的水泥浆体较多,骨料相对较少,使混凝土的配合比与设计的有所变化,导致混凝土强度不足。故考虑这些因素,决定取每组试件压力值中较大的三个值进行分析,三个强度值取平均值的试验结果列于表2。
3.3试验结果分析
A组与B组对比:可以看出一个月的养护时间内,正常环境与流动水养护的试件强度基本没有变化,故可推断短期内软水溶析对混凝土强度的影响可以忽略。B组与C1、C2组对比:在5000mg/LNa2SO4溶液中养护的C1强度反而较无侵蚀液的B组试件有所上升,但在10000mg/LNa2SO4溶液中养护的C2试件强度明显低于C1组,同时也低于B组试件,强度减低幅度分别为:16.2%、12.4%。可见硫酸盐浓度较低时对混凝土强度影响不大,但浓度较高时使混凝土强度明显降低。B组与D1、D2组对比:在5000mg/LCaCl2溶液中养护的D1强度也较无侵蚀液的B组试件有所上升,这与硫酸盐侵蚀情况类似。但在10000mg/LNa2SO4溶液中养护的C2试件强度明显低于D1组,同时也低于B组试件,强度减低幅度分别为7.6%、4.1%。与硫酸盐情况类似,可得出类似结论,氯盐浓度较低时对混凝土强度也影响不大,但浓度较高时使混凝土强度明显降低。掺粉煤灰试件分析:掺粉煤灰试件在侵蚀液养护下强度仍低于B组试件,可见侵蚀影响仍然存在,可能粉煤灰掺量不足,也可能掺粉煤灰使混凝土本身强度下降所导致。硫酸盐侵蚀试件掺粉煤灰后强度有略微提升,提升幅度:(22.9-21.2)/21.2=8.01%,掺粉煤灰后抵抗硫酸盐侵蚀能力有所提高;氯盐侵蚀试件掺粉煤灰后强度却有所下降,降低幅度:(23.2-22.3)/23.2=3.88%,故试验掺量的粉煤灰使混凝土强度下降的影响大于对抵抗氯盐能力提升的作用。
4结语
试验研究结果表明,在公路隧道路面用C20混凝土中掺入一定量的粉煤灰(10%~25%),对提高路面混凝土的长期耐久性是十分有利的。研究表明,粉煤灰的二次水化特征一定程度上降低了混凝土的强度,表现在早期强度随着粉煤灰掺量的增加降低相对较小,同时粉煤灰有效地提高了混凝土的抗碳化性能和后期强度,但掺量总值不宜超过50%。另一方面,掺粉煤灰的混凝土具有良好的抗氯离子侵蚀能力,可以从两方面改善混凝土的抗氯离子渗透性能:一是掺粉煤灰的混凝土内部形成了小孔径、低孔隙增加了混凝土的密实度,提高了混凝土对氯离子的扩散阻碍能力;二是由于其吸附作用和二次水化产物的物理化学吸附,有利于降低氯离子在混凝土中的渗透速度,提高抗氯离子的渗透性能。总之,在我国高速公路某些地区,抗活性掺合料可以明显改善混凝土的性能。
参考文献:
[1]周俊龙，杨德斌.隧道用混凝土耐久性问题[J].公路，2002，12，136-138.
[2]艾红梅.大掺量粉煤灰混凝土配合比设计与性能研究[D].大连理工大学，2005.
[3]王裴峰，邓学均，秦鸿根.C50高性能混凝土耐久性试验研究[J].桥梁建设，2005，（6）：69-71..
论文作者:刘丽敏
论文发表刊物:《防护工程》2018年第18期
论文发表时间:2018/11/8
标签：混凝土论文; 粉煤灰论文; 强度论文; 耐久性论文; 隧道论文; 硫酸盐论文; 病害论文; 《防护工程》2018年第18期论文;