耐弱酸混凝土的研究与应用.doc

耐弱酸混凝土的研究与应用
陈香凤 徐建军 鲍安红

摘要：通过试验配制出了一种以中抗硫酸盐水泥做胶结料的耐弱酸混凝土，并实践于重庆江北区建新西路三期立交桥工程。其成功可推进耐酸混凝土在承重结构中的发展步伐。
关键词：耐酸 混凝土 抗硫酸盐水泥

混凝土的中性化是影响钢筋混凝土结构耐久性的重要因素，为了提高混凝土结构在酸
性介质作用下的耐久性，于20世纪30年代产生了耐酸混凝土，当时主要用于石油、化工等部门的防腐工程，自20世纪70年代以来，开始向承重结构发展。根据耐酸程度主要可分为低耐酸性混凝土和高耐酸性混凝土两大类。低耐酸性混凝土只能应用于酸性介质较弱的低酸性环境，其配制原理是使用耐酸水泥作胶结料，来配制具有一定耐酸能力的耐酸混凝土。
在工业生产中，生产和使用过程中正常产生的，或者“跑、冒、滴、漏”产生的各种酸性介质富集于土壤，对混凝土产生不同的物理和化学破坏，即酸性腐蚀。在国家“退二进三” 产业政策下的城市开发建设工程中，部分市政工程会穿越原有的化工厂区域，基础不可避免的落在腐蚀性土体中，对基础混凝土的耐久性会产生严重的影响。为满足城市建设的需要，防止腐蚀性介质对所接触的混凝土结构的影响，应采用耐酸混凝土进行防护。因此，探索一种经济合理的耐酸混凝土种类，将承重与防腐功能合为一体，从而加快耐酸混凝土大量应用于承重结构的发展步伐。是目前急需研究的课题。
1 材料的选择
水玻璃耐酸混凝土是传统的耐酸混凝土，其具有良好的耐酸性能，适于在酸性腐蚀较强的环境中使用。当建筑物处于弱酸腐蚀环境时，使用水玻璃耐酸混凝土能取得很好的防腐效果，但却提高了工程造价，经济效果欠佳。因此，我们在保证工程质量的同时要使造价最低，就得寻求传统耐酸混凝土以外的耐酸材料，研究低耐酸性混凝土。采用抗硫酸盐水泥配制混凝土，由于限制了水泥熟料中C3A、C3S的含量，可以降低水化产物中Ca(OH)2和水化铝酸钙数量，而具有一定的耐酸腐蚀能力，适合用于SO42-浓度在250—1000mg/L的弱腐蚀环境中的混凝土工程。这是低耐酸性混凝土的配制原理。
抗硫酸盐硅酸盐水泥按其抗硫酸盐侵蚀程度分为中抗硫酸盐硅酸盐水泥和高抗硫酸盐硅酸盐水泥两类。本次研究选择中抗硫酸盐硅酸盐水泥，其和含量见表1 [1] 。
表1 中抗硫酸盐水泥中和含量（％）
水泥名称

中抗硫水泥
<55.0
<5.0
高抗硫水泥
<50.0
<3.0
本次研究所选择原材料如下：
水泥： 42.5级中抗硫酸盐硅酸盐水泥。
粗骨料：碎石，级配5~20mm。
细骨料：机制砂与长江所产特细砂的混合砂。
粉煤灰：以电厂所产II级粉煤灰为掺料。
外加剂：重庆江北特种建材有限公司生产FDN—SP缓凝高效减水剂。
水：本课题研究所选用的水为饮用水。
2 实验室实验
2.1 原材料性能检测
重庆建科建设工程质量检测有限公司对原材料进行了基本性能检测，结果均符合要求。
2.2 原材料耐酸性分析
为了确保所选原材料具有良好的耐酸性腐蚀性，能符合耐酸性混凝土的配制要求，进行了原材料的耐酸性实验。本实验严格按照《建筑防腐蚀工程施工及验收规范》（GB50212-2002）[2]中的相关规定执行。实验中采用的酸液由重庆无机化学试剂厂生产的“试剂硫酸” 配制而成。
实验项目有：
1、碎石（粗骨料）浸酸安定性测定
在试样中选用大粒径的碎石40余颗，在20士5℃时放入盛有95％～98％的化学纯硫酸的带盖容器中，酸液高出试样表面。浸泡5d后，取出试样，检查外观和酸液的变化。发现试样无裂纹、剥落和破碎等现象，试样表面和浸泡的酸液亦无显著变色，（见图1）。测定结果为合格。
2、水泥胶砂（泥）浸酸安定性测定
采用抗硫酸盐硅酸盐水泥（1.00）：标准砂（3.00）：水[0.5（标准稠度用水量）]。拌制砂浆试件。试块经盛有浓度为40％的硫酸浸泡后，无裂纹、起鼓、发酥和掉角等现象，且试块完整，试块表面和浸泡酸液亦无显著变色，（见图2）。结果为合格。表明抗硫酸盐水泥抗酸性良好。
3、水泥胶砂（掺“棕刚玉”）浸酸安定性测定
采用普通水泥（强度等级42.5级）（ 1.00） ：标准砂（3.00）：棕刚玉粉（0.08）：
水（0.5（标准稠度量））。实验方法同前者。经检查，试块有起鼓、发酥现象，且试块表面发白和浸泡酸液有白色沉淀物，（见图3）。结果为不合格。

图1 粗骨料浸酸试件 图2 水泥胶砂浸酸试块 图3 水泥胶砂（掺“棕刚玉”）
浸酸试块
2.3 耐酸混凝土的试配实验
为了验证由所选原材料配制的混凝土能达到预期的防腐耐酸效果，设置了混凝土试块浸酸耐酸腐蚀性试验
按《建筑防腐蚀工程施工及验收规范》的规定，综合考虑混凝土强度等级和工作性能两大因素，按混凝土配合比优化设计原理，设置了多组混凝土试块浸酸耐酸腐蚀性试验。配合比为：水泥（1.00）：细骨料（1.76、1.48、1.96）：粗骨料（3.43、3.09、3.73）：水（0.54、0.49、0.59）：外加剂（0.015）：粉煤灰（0.2、0.18、0.22）。试件在标准条件中养护28d后，浸入盛有浓度为40％的硫酸的带盖容器中，酸液高出试块的表面，并应保持浸泡温度为20～25℃。浸泡28d后，取出试块，用水冲洗，阴干24h，经检查，试块无裂纹、起鼓、发酥和掉角等现象，且试块完整，试块表面和浸泡酸液亦无显著变色（见图4），结果为合格

图4 混凝土浸酸试块
由以上实验结果可见，中抗硫酸盐水泥较普通硅酸盐水泥具有良好的防腐耐酸效果。虽然水泥价格比普通水泥多300元/吨，但与水玻璃、树脂等耐酸材料配制的混凝土相比，性价比好，具有良好的经济效益，适合配制用于弱酸腐蚀环境下的耐酸混凝土。实验的成功，表明使用抗硫酸盐水泥配制耐弱酸混凝土是确实可行的。
3 工程应用
重庆江北区建新西路三期立交桥工程，紧邻天原化工厂，地勘报告表示，地表水中SO42-为462.30mg/L、地下水中SO42-为640.1mg/L，含腐蚀性酸离子浓度大。根据环境水对混凝土腐蚀类型及侵蚀程度的判断标准（见表2）[3]，该工程的桩基和承台需要采用耐弱酸混凝土来浇筑。
由耐酸混凝土的试配实验配合比报告得知，各材料质量比例为水泥：细骨料（特细砂与机制砂的比例为7：3）：粗骨料：水：FDN-SP：粉煤灰=1.00：1.76：3.43：0.54：0.015：0.20时，机械搅拌而成的混凝土坍落度为195mm，粘聚性、保水性能良好。机械振捣密实制作的混凝土标准试块，经标准养护法养护后，其7d抗压强度为31.6MPa，28d抗压强度为39.6MPa。各项性能都能满足试验工程桥梁桩基的要求。因此，经研究决定，选用该配合比拌制耐酸混凝土用于试验工程的桩基施工。
该工程基础施工时间是2008年8月-11月，时至今日结构的各项性能良好。施工阶段、施工后的检测结果，证明了本次课题研究的耐弱酸混凝土配制技术是成功的[4]。
4 总结
通过相关的理论分析、实验室试验和工程实践结果，证实了选用中抗硫酸盐硅酸盐水泥、地方材料配制的耐弱酸混凝土用于大型市政建设项目是切实可行的，对老的工业园区的市政项目建设有着重大的意义，为其他特殊耐腐蚀混凝土的研究应用可起到抛砖引玉的作用，加快了耐酸混凝土大量应用于承重结构的发展步伐。同时也节约了国家的土地资源，改善了城市的道路交通状况，推动了道路周边地区的城市建设，改善了人民安居的生活条件。

参考文献：
[1] GB748-1996抗硫酸盐硅酸盐水泥 [S]
[2] 中国石油和化学工业协会.GB50212-2002建筑防腐蚀工程施工及验收规范[S]
[3] TDJ210—86铁路混凝土及砌石工程施工规范[S]. 北京：中国铁道出版社,1988
[4] 蔡静,杨友平.耐酸性混凝土在弱酸性地基中的工程应用[J]. 重庆建筑,2009(12):20～21

作者简介：
陈香凤( 1984 ) , 女, 助教，陇东学院土木工程学院, 甘肃省庆阳市西峰区 745000
徐建军（1984），男，初级工程师，长庆油田采油二厂工程项目管理室，甘肃省庆阳市庆城县 745100
鲍安红( 1969 ) , 女, 硕士生导师, 教授, 西南大学工程技术学院, 重庆市北碚区 400715

联系电话、
陈香凤 18793478763 徐建军13919593210
通讯地址：
甘肃省庆阳市庆城县长庆油田采油二厂工程项目管理室 徐建军（收） 745100