输电线路用抗硫酸盐C60塔基混凝土的研制及性能检验.pdf

2 0 1 4年 第 9期 9月 混 凝 土 与 水 泥 制 品 CHI NA CONCRET E AND CEMENT PR0DUCTS 2 01 4 No 9 S e p t e mb e r 输 电线路用抗硫酸盐 C 6 0塔基 混凝土的研制及性能检验 上 官帖 ， 唐 因 ， 郭 丹 ， 邱 静 ， 路 新瀛 。 ( 1 国网江西省电力科学研究院 ， 南 昌 3 3 0 0 9 6 ； 2 北京建筑大学土木与交通工程学院， 1 0 0 0 4 4 ； 3 清华大学土木工程系 ， 北京 1 0 0 0 8 4 ) 摘要 ： 针 对西部盐渍土输 电线路塔 基耐久性 问题 ， 研制 了抗硫 酸盐盐渍土侵蚀的 C 6 0混凝土 ， 通过所提 出的 室 内烘 冻 实验 ， 检 验 了其 抗 蚀 能 力 。结 果 表 明 ， 高抗 渗 C6 0混 凝 土在 烘 冻 实验 条 件 下 显 示 出优 异 的 抗 蚀性 能 。 关键 词 ： 硫酸 盐侵蚀 ； 盐渍土 ： 高性 能混凝 土； 耐久性 Ab s t r a c t ： C 6 0 h i g h p e r f o r ma n c e c o n c r e t e w i t h l o w p e r me a b i l i t y a n d h i g h r e s i s t a n c e t o s u l f a t e a t t a c k i s d e v e l o p e d a n d t e s t e d b y a f o r mu l a t e d h e a t i n g f r e e z i n g c y c l i n g t e s t T h e r e s u h s s h o w t h a t t h e c o n c r e t e d e s i g n e d wi t h l o w p e rm e a b i l i t y h a s e x c e l l e n t r e s i s t a n ce t o s ul f a t e a t t a ck Ke y wo r d s ：S u l f a t e a t t a c k ； S a l i n e s o i l ； Hi g h p e rf o r ma n c e c o n c r e t e ； Du r a b il i t y 中图分类号 ： T U 5 2 8 3 3 文献标识码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 0 - 4 6 3 7 ( 2 0 1 4) 0 9 0 1 一 O 5 0前 言 昆凝 土 的抗 硫 酸 盐 侵 蚀 问 题 一 直 是 耐 久 性 研 究领 域 中的一 个 重 要 问题 国 内外 对此 进 行 了广 泛 研究I t - J 2 1 。 上世纪 9 0年代 以前 ， 人们主要认为硫酸盐 可 与水 泥 水化 产 物 发生 化 学 反应 ， 导致 混 凝 土 膨 胀 或开裂 ， 造成强度丧失 而这样 的例子在我国西部 地区的输变电基础中也屡见不鲜。目前解决的办法 主要是采用低渗透性高性能混凝土 ， 多采用矿物掺 合料 技术 I 1 2 - 1 4 1 。然 而 ， 现 代 高抗渗 混凝 土 的硫 酸盐 侵 蚀行 为 已与 过去 大 不相 同 ， 将 主要 以盐结 晶破 坏 为 主1 1 5 - 1 7 1 。这就要求采用与传统方法有所区别 的实验 制度去开展研究 。 鉴 于 我 国西 部 含 硫 酸 盐 盐 渍 土 引 起 的 输 变 电 线路基础 中低强度混凝 土的过早破坏 问题 。 国家 电 网公 司于 2 0 1 2年设立专门课题 1 8 1 ， 要求研制 2 8 d抗 压强度达 6 0 M P a以上的高强抗盐渍混凝土 ， 以解决 盐渍土侵蚀问题 。 为 此 ， 国 网江西 省 电力科 学研 究 院联 合 清 华 大 学 对抗 盐渍 C 6 0混凝 土进 行 了研 制 。与 国家 电网要 求不 同的是 ， 清华大学研究人员认为 ， 基础混凝土 无需过高强度 强度过高其早期开裂风险也大 ， 只 要设计合理 。 中等强度 的混凝 土同样可以实现较高 耐蚀 性 。因此 ， 设 计 出 了 C 3 0 、 C 4 0和 C 6 0三 种强 度 基金项 目： 国家 电网公 司课题资助 ( 5 2 1 8 2 0 1 3 0 0 1 4 ) 。 等级 、 4种配 比的混凝土 ，在国内外研究基础上 【 I - ” ， ，结合 中国西 部盐 渍 土 土质 和 环 境气 候 特点 2 o l ， 提出了一种较为严苛 的烘冻循环盐侵实验制度 ， 并 据此 对所 设计 的混 凝土进 行 了耐蚀 性检 验 。 1 实验 方 法 1 1 原 材料 实验采用 P O 5 2 5级冀东水泥 、 需水量 比和烧 失量 分别 为 9 8 和 3 2 的 级粉 煤灰 、 比表 面积 和 活 性 指 数 分 别 为 4 4 3 m k g和 8 7 的 $ 9 5磨 细矿 渣 及 国产 S F 一 9 3型硅 灰 采 用 细 度 模 数 为 2 7的 机 制 尾 矿 砂 和 5 3 1 5 m m接近连续级配的石灰岩碎石 ， 并采用减水率 为 3 3 的聚羧 酸型 减水 剂 。 1 2混凝 土配合 比 C 3 0 、 C 4 0和 C 6 0的混凝 土配合 比见 表 1 。 其 中 ， C 3 0为 W B = 0 4 8 ，单掺 4 0 粉煤灰 的混凝土 ： C 4 0 为 W B = 0 4 0 。复掺 3 5 粉煤灰和磨 细矿渣 的混凝 土 ； C 6 0有两种 ： 一是 W B = 0 3 2 ， 复掺 2 5 粉煤灰和 磨细矿渣 的混凝土 ： 另一是 W B = 0 3 0 ， 单掺 1 0 硅 表 1 混凝土配合 比 k g m 2 0 1 4年 第 9期 混凝 土与 水泥制 品 总第 2 2 1 期 灰混 凝土 1 3 混凝土渗透性检验 依据中国土木工程学会标准 C C E S 0 l 一 2 0 0 4 ( 混 凝土结构耐久性设计与施工指南 ( 2 0 0 5年修订版 ) 附录 B 2方法 ， 采用 N E L P D U型氯离子扩散系数测 定仪测定混凝土中的氯离子扩散系数 。 1 4 硫酸盐浸渍及烘冻实验 采 用 以下 两 种 盐 溶 液对 混凝 土 进 行 浸 渍 ： ( 1 ) 5 N a 2 S O 4 溶 液( 记 为 N S 5 ) ； ( 2 ) 5 N a 2 S O 4 + 1 Mg S O 4 + 0 0 5 C a S O 4 溶 液 ( 记为 N S 5 M1 ) 。 采用 以下浸渍 、 烘 、 冻循环来 检验混凝 土的抗 盐侵性 能 ： 在上述溶液 中。 于室温下半浸 2 4 h后 取 出， 自然晾干 1 h ； 之后放入冰柜 中， 在一 l 0 c C 下冷冻 2 4 h ； 再 取 出放人 烘箱 中 ， 于 6 0 下烘 2 4 h ； 然 后在 空 气中 自然干燥2 4 h 进行检测需时 1 d 之后 即开始下 一 个循环。每个循环总计 5 d 。 烘冻循环实验后混凝土的抗压强度测试 ： 将尺 寸为 1 0 0 mmx 1 0 0 mmx 1 0 0 m m 的立方体试件半浸于 上述 N S 5 M1 溶液 中 ， 每 2个循 环后 ， 测其 抗压 强度 ， 并与同制度下浸于 自来水 中的试样进行对 比。 烘冻循环实验后混凝土的动弹模测试 ： 将尺寸 为 1 0 0 m mx 1 0 0 mmx 4 0 0 mm的长方体试件竖 向半浸 于上述二种溶液 中， 每个循环后 ， 将试样冷却至室 温，用 N E L D T A型混凝土动弹仪测定试样的动弹 模 ， 测量位置如图 1所示。 图 1混 凝 土 动 弹 模 测 点 位 置 不 意 图 烘冻循环实验后混凝土的重量损失测定 ： 在测 定动弹模后 用 0 1 精度天平测量混凝土的重量变 化 ， 并用肉眼观察混凝土的表面剥落程度。 1 5 仪器分析 用 S E M对烘冻循环后 的混凝土表层 断面进行 观测 ，并用 E D S对硫 酸盐渗入深度进 行分析 ； 用 XR D对有 无 盐 浸 混凝 土 的表 层 化合 物 进 行 物 相 分 析， 以确定有无新相形成。 2实验 结果 与讨 论 2 1 混凝土抗压及抗折强度 2 1 1 2 8 d标养混凝土抗压及抗折强度 表 2列 出了标准养护 2 8 d时的混凝土标准抗 一 2 一 压强度 和抗折强度 ，同时列出了浸水循环实验至 6 6 d和 8 6 d时的混凝土抗压强度值。 可以看出， 标养 2 8 d的 C 6 0混凝 土抗 压 强度 刚刚达 到 6 0 M P a要 求 ； 然而 ， 据浸水循环后的强度可以推知 ， 两种 C 6 0混 凝土的后期强度将会显著增长 ， 6 0 d后 ， 完全能满足 C 6 0混凝土的技术要求。 表 2 混凝 土抗压 和抗折强度 注 ： a , b分别 为浸水第 6 、 第 1 0次循环 时的抗压强度值 。 2 1 2 烘冻 后 的混凝 土抗压 、 抗折 强度 变化 图 2给 出 了各 混 凝 土 在 不 同烘 冻 循 环 后 的抗 压强 度 。可 以看 出 ， 除 C 4 0浸水 混 凝 土 的抗压 强度 随烘冻循环次数基本不变外 ， 其余各混凝 土的抗压 强度均有不 同程度提高。从相 同实验循环下的数据 可 以看 出 ，硫 酸 盐 对 混 凝 土 的抗 压 强度 无 不 良影 响 。 上述表 2同时给出了 1 5次烘冻循 环后( 循环 实验 7 5 d ， 总龄期 1 0 6 d ) 凝土的抗折强度值 。相较 标养 2 8 d时的抗折强度 ， 除 C 4 0混凝土的基本未变 外 ， 其余混凝土均稍有降低 。与 自来水相 比， 实验溶 盐对抗 折强 度无 明显 负作用 。 曛 出 蝠 1 o 0 8 0 4 0 2 0 U 2 4 6 8 l O 烘冻循 环 次 图 2不同烘冻循环后 的混凝 土抗压强度值 2 2 混凝 土渗 透性 图 3是各混凝土 中的氯离子扩散 系数 随标养 龄期 的变化 。由图 3可以看出 ， 各混凝土的抗渗性 随龄期延长均显著提高。 其中， C 6 0 1 混凝土的渗透 上官帖 ， 唐囡 ， 郭丹 ， 等输 电线路用抗硫酸盐 C 6 0塔基混凝土的研制及性能检验 性下降幅度最大。 1 5 1 2 是 0 9 箍 。 一 6 骣 O 3 j 型 丑 教 幅 j 四 丑 被 需 4 0 6 0 8 0 1 0 0 龄期， d 混凝 土中的氯离子扩散系数 0 2 4 6 8 1 O 1 2 1 4 l 6 烘 冻 循 环 次 2 3 混凝土动弹模变化 图 4 一 图 7是各混凝土在上述两种盐溶液 中， 同 试 件 不 同 位 置处 的动 弹模 比值 随 烘 冻 循 环 次 数 的 变化 。 从图 4和图 5可以看出 。 空气 中的测点 ( 测点 2 ) 动弹模 比值变化平缓 ， 而浸于盐液部分的测量值 与长 向测量值( 测点 1 、 3 )均有不 同程度波动 ； 且 N S 5 M1 溶 液 中的变 化 幅度较 N S 5中的略大 即 Mg 盐 的存在提高了盐液的侵蚀性。 图 6和 图 7的情 况 与前 两者 略有 不 同 。 即 2点 和 3点测量值相对变化平缓 ， l点在后期有些波动 。 考虑数 据 离 散性 ， 认 为两种 C 6 0混 凝 土 的抗硫 酸 盐 能力 大体 相 同。 1 2 1 1 趔1 0 o9 幅 O8 O7 06 O 2 4 6 8 1 O 1 2 1 4 1 6 烘冻循环 次 图 4 不 同位 置和烘冻循 环下 C 3 0混凝 土动弹模 比值变化 0 2 4 6 8 l O l 2 1 4 1 6 烘冻循环 次 1 2 1 1 趔1 0 0 9 需0 8 0 7 O 6 0 2 4 6 8 1 O l 2 1 4 1 6 烘 冻循环 次 图 5 不 同位 置和烘冻循 环下 C 4 0混凝 土动弹模 比值 变化 0 2 4 6 8 1 O 1 2 1 4 1 6 烘冻循环 次 1 2 1 1 j 四 1 0 09 幅 0 8 O7 O6 O 2 4 6 8 1 0 1 2 1 4 1 6 烘冻循环 次 图 6 不 同位置和烘冻循环下 C 6 0 1 混凝土 动弹模 比值变化 一 3 一 ； 2 l O 9 8 7 6 ： l 1 l O 0 0 O O 医 丑 敏需 2 l 0 9 8 7 6 1 1 1 O O 0 0 2 1 O 9 8 7 6 l l 1 O O O O 2 0 1 4年第 9期 混凝土与水泥制品 总第 2 2 1期 1 2 1 1 趔1 0 0 9 需0 8 O 7 0 6 1 _2 1 1 i四 1 0 09 需 0 8 O7 O6 O 2 4 6 8 1 0 1 2 1 4 1 6 0 2 4 6 8 1 0 1 2 1 4 1 6 烘冻循环 次 烘冻循环 次 图 7 不 同位置和烘冻循 环下 C 6 0 2混凝土动弹模 比值变化 2 4混凝 土重 量变化 图 8 图 1 l是各混凝土在水及两种盐溶液中 不同烘冻循环下的质量变化率。由图 8 图 1 1可以 看 出， 各混凝土在不同介质中均存在一个先增后失 的过程 且在 N S 5 M1 溶液中的后期损失率随混凝土 强度的提高而降低 。 比较 N S 5 M1 溶液中质量变化率 可以看 出， C 6 0 1 型混凝土的抗硫酸盐能力相对来 说 是 最 好 的 ， C 6 0 2与 之 相 近 ， C 4 0略 差 ， C 3 0相 对 最 差 1 0 0 5 槲 萄 0 0 血 - 0 5 1 O l 0 O_5 翥o -0 皿 删 皑 一 0 5 1 O 一 ( ) 一C3 0 一 NS 5 L - C3 0 - NS 5 M 1 ! 、 - 。 C3 0 一 H - - 皂 一 ，。 n 、 O 2 4 6 8 1 0 1 2 1 4 l 6 烘冻循 环 次 图 8 C 3 0混凝土重量变化曲线 。 一 。 C 6 0 1 一 H 2 0 一 、 皇 厶 一 一、 0 2 4 6 8 l 0 1 2 1 4 1 6 烘冻循环， 次 图 1 0 C 6 0 1 型混凝土重量变化曲线 2 5 2 表面相组成分析 在 S E M下只观察到混凝土表层 内有微细硫酸 一 d 一 2 5物相分 析 2 5 1 硫酸盐渗入深度分析 1 5次烘 冻循 环后 ， 所 有混 凝 土 的表 面 均无 明显 肉眼可见剥落。图 1 2 ( a ) 和图 1 2 ( b ) 是第 1 5次烘冻 循环 之后 ， C 3 0和 C 6 0 1 混 凝土 表层 断 面的 S E M 照 片。通过 E D S对不同深度下 S元素的分析可发现 硫酸盐在各混凝土中的渗入深度均约为 1 2 ram。 在 高倍 S E M 下 ， 可见 大量 的硫 酸钠微 细 结 晶 见 图 1 2 ( c ) 所示 。 1 0 O 5 褂 翥 o - 05 1 0 l O O 5 谆 o 0 略 一 05 一 1 0 一 c ) 一C 40 一 NS 5 C 40 一 NS 5 M l C 40 - H2 0 一 、 、 t t 、 b 0 2 4 6 8 1 O 1 2 1 4 l 6 烘冻循环 次 图 9 C 4 0混凝 土重量变化曲线 C6 0 2 NS 5 M 1 ， 一 。 0 2 4 6 8 l 0 l 2 l 4 1 6 烘冻循环 次 图 l 1 C6 0 2型 混 凝 土 重 量 变 化 曲 线 钠结 晶 ， 未 见钙 矾石 生 成 。为 进一 步 确认 ， 在 1 5次 烘冻循环后 ，对 C 3 0混凝土浸泡 于 N S 5 M1 溶液部