盐碱地下水环境中桩基混凝土耐腐蚀研究.pdf
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1、2 0 1 5年 第 6 期 (总 第 3 0 8期) Nu mb e r 6 i n 2 0 1 5( T o t a l N o 3 0 8 ) 混 凝 土 Co n c r e t e 实用技术 P RACTI CAL TECHNOLOGY d o i : 1 0 3 9 6 9 0 i s s n 1 0 0 2 3 5 5 0 2 0 1 5 0 6 0 4 0 盐碱 地下水环 境 中桩基混凝 土耐腐蚀研究 丁建彤 ,宁逢伟 ,王奇 ( 1 南京水利科学研究院 材料结构研究所 , 江苏 南京 2 1 0 0 2 4 ; 2 中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司 监测及试验研究所 ,
2、 四川 成都 6 1 0 0 7 1 ) 摘要 : 对 比分析了抗硫水泥和普硅水泥在盐碱地下水和硫酸盐溶液( 同硫酸根浓度) 中的差异, 考察了掺与不掺抗硫酸盐防腐 剂在两种侵蚀溶液中的区别。 结果表明: 抗硫水泥在两种侵蚀溶液中较普硅水泥具较好 的抗硫酸盐侵蚀性能 ; 抗硫水 泥接触地 下水初期较普硅水泥具较高的抗氯离子侵入能力 , 优势伴随扩散时间延长逐渐减弱最终不如普硅水泥。 与不掺的情况相 比, 掺 防腐剂混凝土在单一的硫酸盐溶液 中抗硫酸盐侵蚀能力较强, 地下水中区别不大; 掺所试验防腐剂抗氯离子侵入能力不如 5 0 掺合料的基准混凝土。 关键词 : 桩基混凝土 ; 盐碱地下水; 抗
3、硫水泥; 抗硫酸盐防腐剂 中图分类号: T U 5 2 8 O 1 文献标志码 : A 文章编号 : 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 5 ) 0 6 0 1 5 3 0 4 C or r o s i on r e s e a r c h on p i l e c o n c r e t e i n s a l i n e g r o u n d wa t e r e n v i r on me n t s DI NG i a n t o n g , NI NG F e n g we i , WA NG Qj ( 1 Ma t e ri a l s a n d S t r u c
4、 t u r a l E n g i n e e ri n g D e p a r t m e n t , N a n j i n g H y d r a u l i c R e s e a r c h I n s ti t u t e , N a n j i n g 2 1 0 0 2 4 , C h i n a ; 2 C h e n g d u E n g i n e e ri n g Co r p o r a t i o n L i mi t e d , Ch e n g d u 6 1 0 0 7 1 , C h i n a ) Abs t r ac t : S u l f u r
5、r e s i s t a nt c e me n t a n d o r d i n a r y P o r t l a n d c e me n t u s e d i n p i l e c o n c r e t e we r e c o mpa r e d a n d a n a l y s e d f o r t h e d i f f e r e n c e s o f c o r r o s i on r e s i s t an t a bi l i t y i n s a l i n e g r o u n d wa t e r an d s u l f a t e s o
6、 l u ti o n wi th the s a me s u l f a t e c o nc e n Va ti o n Th e d i f f e r e n c e s b e t we e n d o p e d a nd n o n d o p e d s u l f a t e r e s i s t a n t p r e s e r va tiv e s i n p i l e c o n c r e t e we re i n s p e c t e d Th e r e s u l t s i n d i c a t e tha t s u l f u r r e s
7、 i s t an t c e me n t i n b o th e r o s i o n c o mpare d wi th o r d i n a r y P o r t l and c e me n t b e h a v e d be t t e r s u l f a t e r e s i s t a n c e Ea r l y c o nt a c t wi th gro u n d wa t e r s u l f u r res i s t a n t c e me n t c omp are d wi th o r d i n a r y P o r t l a n
8、d c e me n t h a d h i g he r r e s i s t a n c e t o c h l o ride i o n i n t r u s i o n c a p a b i l i t y W i th the p r o l i f e r a ti o n a g e p r o l o n g i n g, the a d v a n tag e s o f s u l f u r r e s i s t an t c e me n t we r e l o we d s l o wl y an d u l ti ma t e l y i n f e ri
9、o r t o o r d i n a r y Po r t l an d c e me n t Co mp are d wi th t h e s i tua - t i o n o f n o nd o p e d, s u l f a t e r e s i s t a n t a b i l i ty o f c o n c r e t e wi th p r e s e r v a ti v e s i s h i g h e r i n a s i n g l e s u l f a t e s o l u ti o n , w h i l e the y are c o n s
10、i d e r a b l e i n s a l i n e gr o u nd wa t e r ; c o n c r e t e u s i n g p r e s e r v a tiv e s h ad l o we r r e s i s t a n c e t o c h l o rid e i o n i n t r us i o n c a p a b i l i t y t h an tha t s i tua t i o n o f n o n d o p e d c o n c r e t e Ke y wo r d s: p i l e c o n c r e t
11、e ; s a l i n e gro u n d wa t e r ; s u l f u r r e s i s tan t c e me n t ; s u l f a t e r e s i s t a n t p r e s e rva t i v e s 0 引言 在青海 、 新疆 、 山东等地的盐碱 富集 区的基 础设施建 设 中, 钻孔灌注桩是一 种常见的混凝土施 工工艺 , 由于混 凝土 自浇筑后直接与地下水或土 中的盐碱溶液接触 , 桩基 混凝土 比较容易受盐碱溶液的腐蚀。 盐碱溶液 中同时存 在 氯离子和硫酸盐 , 氯离 子能够扩散到混凝 土内部 , 引起 钢 筋锈蚀降低
12、结构 的承 载力 , 硫 酸盐可 导致混 凝 土膨胀 开 裂 , 缩短混凝土 的使用 寿命。 氯离子和硫酸盐作为混凝土 的腐蚀介质不乏研究 , 针 对硫酸盐腐蚀所研 发的抗硫水泥 和抗 硫酸盐防腐剂在 相 关 的工程领域 已得到较广泛的应用 。 但在氯离子和硫 酸盐共存的盐碱地下水 中, 抗硫水 泥与普硅水泥 的耐腐 蚀 效果究竟有何差异, 掺与不掺抗硫酸盐防腐剂混凝土的耐 腐蚀能力到底有何区别, 文献中少见报道。 本研究采用山 东某地现场采集 的盐碱地下水 和同浓度 的硫酸盐溶液 作 收稿 日期 : 2 0 1 4 0 9 1 8 为对照 , 考虑到钻孔灌注桩混凝土 自浇筑后便接触 到盐碱
13、地下水, 参考 自然扩散法和 R C M法考察混凝土的抗氯离 子侵入能力 , 借鉴 J C T 1 0 1 1 2 0 0 6中的膨胀系数和抗折 强度抗蚀系数评价混凝土抗硫酸盐侵蚀能力 , 探求抗硫水 泥和抗硫酸盐防腐剂在地下水 中的耐腐蚀效果 。 1试 验 方 法 1 1 侵 蚀 溶 液 ( 1 ) 山东 某地现场采 集的盐碱地 下水。 经 检测 , 其 中 氯离子含量 为 3 9 1 2 3 m g L、 硫酸根含量为 6 2 1 7 m g L, 对 混凝 土具有 中等 一强腐蚀性。 ( 2 ) 硫酸镁溶液 , 采用 化学纯硫 酸镁 试剂配制与盐碱 地下水 同硫 酸根 浓 度 的硫 酸镁
14、 溶 液 , 即硫 酸 根 浓度 为 6 2 1 7 m g L , 相应的硫酸镁浓度为 0 8 。 1 2抗硫 酸盐侵蚀评 价 参考 J C T 1 0 1 1 2 0 0 6 ( 混凝土抗硫酸盐类侵蚀防腐 1 53 剂 中的膨胀 系数( 本研究 中以膨胀率作为评价指标未计 算膨胀 系数) 和抗蚀 系数 , 试 验中采用与所考察混凝土相 应的湿筛砂浆配合 比, 试件尺寸分别为 2 5 n l l T I 2 5 m m X 2 8 5 n l n l 和 1 0 mm 1 0 n l n l 6 0 i l n l , 分别测试砂浆 的膨胀 率和抗折强度。 为模拟? 昆 凝土 自浇筑后直接接
15、触地 下水 , 砂浆膨胀率试件 1 d脱模后分别浸泡于盐碱地下水 、 同硫 酸根浓度的硫酸镁溶液中, 浸泡 1 d 所测长度为初长 , 以3 、 7 、 1 4 、 2 l 、 2 8 、 3 5 、 5 5 d的膨胀率作为评价指标 ; 抗蚀系数试 件 1 d拆模后在( 5 01 ) 水浴养护 7 d , 取出分别浸泡在 盐碱地 下水 、 同硫 酸根 浓 度 的硫 酸 镁 溶液 和 自来 水 中 2 8 d 。 以侵蚀溶液和 自来水中2 8 d抗折强度的比值作为 评价指标 , 即抗蚀系数。 1 3抗氯 离子侵入评 价 参考 自然扩散法和 R C M 法 , 混凝 土试 件尺寸分别为 1 0 0
16、 n L r n1 0 0 mm1 0 0 mm和 q 1 0 0 mm5 0 l n F l l , 为模拟 混凝土 自浇筑后直接接触盐碱地下水 , 自然 扩散法试件成 型 l d后拆模浸泡在盐碱地下水 中 2 8 d , 逐层取样并测试 氯离子浓度 , 依据 F i c k第二定律计算氯离子扩散系数 ; R C M 法将 自然浸泡 2 8 d的试件取 出进行非稳态 电迁移测 试并计算氯离子迁移系数 。 2试验过程及 结果讨论 2 1 抗硫 水泥与普硅 水泥 比较 为 了客观对比抗硫酸盐水泥与普硅水泥 的差异 , 采用 C 3 5常规的钻孔灌注桩混凝 土, 水 胶 比 0 4 1 , 粉煤灰
17、掺量 2 0 , 具体见表 1 。 P 2 0 3 5为常规 C 3 5普硅水泥钻孔灌注桩混凝 土, K 2 0 3 5 采用 中抗硫水泥同 比例取代普硅水泥作为对照 , 混 表 1 混凝 土配 合 比 凝土坍落度为 1 8 1 9 c m, 含气量为 3 0 3 5 。 配制混凝土采用 P O 4 2 5水泥和 P MS R 4 2 5中抗 硫水泥 ( 具体物理性 能见 表 2 ) 、 I I 级粉煤灰 、 5 - 3 0 I n lT I 和 1 0 2 0 m m 石灰石碎 石 ( 按 质量 比 8 : 2搭 配使用 ) 、 细度 模数为2 8含 泥量 2 O 的河 砂 和减 水 率 1
18、 7 的 萘 系减 水剂 。 表2 水泥物理力学性能 其中 P O 4 2 5水泥和 P MS R 4 2 5中抗硫水泥均为 市售水 泥, 所检测 的性能结果均满足相应 的规范要 求 , 中 抗硫水泥的比表面积较普硅水泥大 1 5 9 、 初凝时间提前 约 4 0 m i n , 3 d抗 折、 抗压 强度均较 高 , 但 2 8 d强度相 差 不大 。 2 1 1 抗硫酸盐侵蚀 P 2 0 3 5和 K 2 0 3 5 在单 一的硫酸盐溶液 和盐碱地 下水 中的砂浆膨胀率分别见 图 1和图 2 。 在硫酸盐溶 液 中, 与 K 2 0 3 5相比, P 2 0 3 5在 3 5 5 d的整个
19、测试龄期内膨胀率均 提 高约 0 0 1 , 提高幅度近 5 0 , 表 明抗硫水泥在单一硫酸 盐环境中较普硅水泥具有较好的抗硫酸盐侵蚀效果。 在氯 离子和硫酸盐共存 的盐碱地下水 中, 3 、 7 d龄期 内两种水 泥抗硫酸盐侵蚀效果相 当, 7 d以后 普硅水泥的膨胀率逐 渐高于抗 硫水 泥 , 并且伴 随 龄期 延长 差距 呈扩 大 趋势 , 5 5 d 时差距已接近 0 0 1 。 表明抗硫水 泥在盐碱地下水 中 仍具有较强的抗硫酸盐侵蚀性。 盐碱地下水中两种水 泥的 差异小于单一 的硫酸盐溶液中, 这是 由于氯离子相对硫酸 根扩散速度较快 , 提前与混凝土中的铝相生成 比较稳定 的
20、F r i e l d结合盐 , 降低了硫 酸根 与铝相反应生成钙矾石 和石 膏的机会 , 减弱 了硫酸盐 的腐 蚀效果 , 但 在龄期足够长 后 , 硫酸根通过 自然扩散在砂浆 内部 浓度富集 , 腐蚀作用 逐步加强 , 抗硫水泥的抗硫 酸盐侵蚀能力优势愈加 明显。 - 1 5 4 抗蚀系数测试结果见图 3 , 硫酸盐溶液 中抗硫水泥 的 抗蚀系数稍高 于普硅水泥 , 提高幅度约 8 7 。 盐碱地下水 溶液 中抗硫水泥抗折强度抗蚀系数与普硅水泥 比较接近。 说明在盐碱地下水 中抗硫水泥较普硅水泥相 比抗硫酸盐侵 蚀能力优势不 明显。 不论是在单一 的硫酸盐溶液还是氯离 子与硫酸盐共存的地下
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- 盐碱地 下水 环境 桩基 混凝土 腐蚀 研究
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