盐渍土路基混凝土配合比设计研究

郭刚

(浙江大运建筑工程有限公司，杭州311400)

随着我国西部大开发战略的深入推进，西部输电线路工程所面临施工环境以及运营环境也越来越复杂。由于特殊土地基随环境因素变化后的工程性质往往发生较大变化，对输变电工程结构物基础的受力状态和工程特性造成影响，基础型式、基础设计以及基础混凝土施工直接关系到西部盐渍土、冻土等特殊土地区输电线路杆塔基础工程的成败［1、2］。同时，由于特殊土地基复杂的工程特性，常规条件下的杆塔基础型式在特殊土地区的推广和应用具有一定的条件性和局限性［3］。

目前盐渍土环境对工程结构物影响的研究较少，已有研究成果主要是针对公路和铁路工程，输电线路工程在这方面的研究更少，因此，在盐渍土环境下进行输电线路工程建设时，必须从配合比上考虑输电线路杆塔基础混凝土的耐久性设计，以提高杆塔基础混凝土的服役寿命［4、5］，从而充分发挥输电线路工程的经济效益、社会效益以及环境效益。

1 试验

1.1 试验原材料

粉煤灰(FA)、矿粉(SL)、硅灰(SF)均采购于浙江省当地，具体化学成分见表1;水泥:P.O42.5硅酸盐水泥，比表面积为335m2/kg;水泥物理性能指标具体见2。

表1 胶凝材料的化学组成 /%

表2 水泥物理力学性能指标

1.2 测试方法

(1)强度及抗蚀系数。参照GB/T749-2008要求，用三联模成型尺寸为40mm×40mm×160mm的条形试块，将试块分别在纯水与硫酸钠溶液中进行浸泡养护，至规定龄期时检测试块的强度

(2)吸水量。参照JC474-2008的要求，将成型的砂浆试块分别在纯水中和质量浓度为5%的硫酸钠溶液中进行养护，达到相应养护龄期时测量砂浆在浸泡饱水前后的重量，通过砂浆在浸泡前后的重量变化即可得到砂浆的吸水量。

(3)抗水渗透性。参照JC474-2008中砂浆抗水渗透试验的方法，成型φ70mm×φ80mm×h30mm的试块，并分别在纯水和硫酸钠溶液中进行浸泡养护至规定龄期，取出试块待表面干燥后用黄油与水泥按一定比例混合配制成密封材料对试块进行密封处理，将密封好的试块固定在渗透仪模具内进行试验。

根据前期砂浆试验的结果，优选出SL、FA、SF的最佳掺量与掺加方式，分别设计出C25、C30、C35、C40等4个不同标号的混凝土配合比，通过混凝土的抗压抗折强度变化、抗水渗透性能变化、混凝土6h电通量变化以及水化产物微观形貌分析进行检验与验证SL、FA、SF对混凝土耐久性的改善效果。混凝土配合比如表3。

表3 混凝土配合比 /kg

2 试验结果分析

2.1 抗硫酸盐侵蚀性能

图1所列为各标号混凝土在纯水中养护时各龄期的抗压强度。从图中可以看出当三掺SL、FA、SF时混凝土的28d均能达到强度设计等级，随着水化龄期的不断延长，混凝土的强度略有增大，其90d增大幅度分别为7%、2.3%、1.1%、6%。对于4种标号的混凝土，其水泥用量分别为57.6%、54.4%、73.8%、55%，水胶比分别为0.6、0.5、0.59、0.39，从其强度变化可知，混凝土在28d时水泥已经水化较完全，并且90d强度增长较缓慢。这是因为混凝土中的水泥在早期28d养护阶段即已水化较完全，而后期强度的增长主要通过发挥矿物掺合料的火山灰活性效应及微集料效应来实现。

图2反应在质量浓度为5%的硫酸钠溶液中养护时混凝土各龄期的抗压强度变化趋势。在两种不同环境下养护的混凝土强度变化较小，随着养护时间的不断延长，在纯水中养护时，强度逐渐增大，但后期增长幅度较小，在硫酸钠盐溶液中养护时，随着龄期延长而逐渐减小。混凝土的28d强度均为在纯水中养护的强度，在纯水中养护28d再分别将混凝土置于不同养护环境下进行养护。从混凝土的90d强度可以看出，在质量浓度为5%的硫酸钠溶液中养护时，C25和C40混凝土强度略有增大，而C30和C35强度略有下降，当养护至360d时，在硫酸钠溶液中养护的各标号混凝土强度较初始强度略有下降，其下降幅度分别为10.2%、5.8%、6.9%、9.5%，下降幅度均较小，说明复合矿物掺合料的掺入对硫酸盐的侵蚀起到了很好的抑制作用。

图1 混凝土在纯水中养护的抗压强度变化

图2 混凝土在硫酸钠溶液中养护的抗压强度变化

2.2 抗氯离子渗透性能

混凝土的抗氯离子渗透性能通过混凝土的6h电通量进行评价，试验成型了φ100mm×h50mm的圆柱体试块，将试块分别浸泡在纯水和质量浓度为5%的硫酸钠溶液中进行养护，达到规定龄期时检测混凝土的6h电通量。图3和图4反映了混凝土在纯水和硫酸钠溶液中养护时的电通量变化。

图3 混凝土在纯水中养护的电通量

图4 混凝土在硫酸钠溶液中养护的电通量

图3和图4分别为不同标号混凝土在纯水和盐溶液中养护不同龄期时的电通量。在纯水中养护的混凝土试块随着龄期的延长，混凝土的电通量逐渐减小，说明在纯水中养护时混凝土的密实度不断提高，这主要是由于掺入SL、FA、SF，使混凝土结构各组成材料能够形成一种最紧密堆积状态，使混凝土的密实度得到很大程度的提高，抗渗性得到改善，使电子在混凝土内部的迁移阻力增大，混凝土6h电通量较小。同时随着养护时间的不断延长，SL、FA、SF的二次水化反应生成的C-S-H凝胶也使混凝土结构更加致密，使电子离子在混凝土内部的迁移受到阻碍，因此，综合这两方面的作用会使混凝土的6h电通量有所下降。对于硫酸钠溶液中养护的混凝土试块，随着养护龄期的延长其电通量逐渐增大，但随着混凝土强度等级的提高，电通量的增大幅度下降。比较纯水养护和盐溶液养护混凝土的电通量可以发现，养护环境对混凝土电通量的影响较大，并且强度等级不同时影响程度不同。分析其原因主要有以下几点:(1)各强度等级混凝土其水灰比分别为0.6、0.5、0.59、0.39，水灰比越小，越有助于提高混凝土的密实度，并且使混凝土的总孔隙率减小，电子在混凝土内部的迁移难度增大，因此，混凝土强度等级越高，其电通变化幅度越小，随着养护龄期的延长，电通量变化较小;(2)在硫酸钠溶液中养护时，硫酸钠溶液电离出来的Na+进入混凝土毛细孔内，渗透进入混凝土毛细孔及孔隙内的Na+导致在盐溶液中养护的混凝土电通量较大。(3)进入毛细孔内的硫酸钠溶液在毛细孔内形成过饱和溶液使硫酸钠结晶，结晶膨胀应力也会导致一些微裂纹的产生从而增加了电子的迁移通道。所以综合这几方面的因素，混凝土在硫酸钠溶液中养护时同龄期的电通量要大得多。

3 结论

(1)当砂浆在纯水中养护时，单掺 SL、FA、SF，砂浆的强度变化较小，但在硫酸钠溶液中养护时，砂浆的强度下降较大，说明单掺SL、FA、SF对提高砂浆的抗侵蚀性能不佳。

(2)混凝土的6h电通量测试表明，在纯水中养护的各标号的混凝土其渗透等级为“极低”，混凝土具有较好的抗Cl-渗透性能，在硫酸钠溶液中养护的C25、C30、C35混凝土渗透等级为“低”，而C40混凝土其渗透等级为“极低”。

［1］ 程东幸，张建民，刘厚健，等.冻土区输电线路塔基选位的影响因素分析［J］.工程地质学报.2009，17(3):229-334.

［2］ P.K.Mehta.Concrete Technology for Sustainable Development of Cement and Concrete Industry.Ottawa，Canada.1998，10.

［3］ P.K.Mehta.Durability-Critical Issues for the Future.Concrete International.V.19，1997(7):27-33.

［4］ 海洋与恶劣工业环境中的高耐久混凝土.挪威埃肯公司内部资料.1999:6-40.

［5］ O.S.B.AI-Amoudi，Attack on plain and blended cements exposed to aggressive sulfate environments［J］. Cement and Concrete Composites.2002，24(3):305-316.