滨海盐渍土输电线路用C60塔基混凝土的研制及性能检验.pdf

2 0 1 5年 第 4期 (总 第 3 0 6期) N u mb e r 4 i n 2 0 1 5( T o t a l N o 3 0 6) 混 凝 土 Co n c r e t e 实用技术 PRACTI CAL T ECHN0LOGY d o i ： 1 0 3 9 6 9 i s s n 1 0 0 2 3 5 5 0 2 0 1 5 0 4 0 3 7 滨海 盐渍 土输 电线路用 C 6 0塔 基混凝 土 的 研制及 性能检验 唐囡 ，张宇 ， 邱静 ， 郭丹 ， 路新瀛。 ( 1 国网江西省电力科学研究院， 江西 南昌3 3 0 0 9 6 ； 2 北京建筑大学 土木与交通工程学院， 北京 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： 针对滨海盐渍土输电线路塔基耐久性问题 ， 研制出了抗盐渍土侵蚀的 C 6 0混凝土； 通过所提出的室内烘冻试验， 研究 了 其抗氯盐侵蚀性能； 结果表明， 低渗透性 C 6 0混凝土在该烘冻试验条件下 ， 显示出优异的耐氯盐侵蚀能力。 关键词： 滨海； 盐渍土； 高性能混凝土 ； 耐久性 中圈分类号： T U 5 2 8 0 1 文献标志码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 5 ) 0 4 0 1 4 4 04 De s i gn a n d t e s t o f C 6 0 c o n c r e t e t o r e s i s t s a l i n e a a c k f or p o we r t r a n s m i s s i o n l i n e N G Na n ， Z HANG Y u ， Q i U J i n g ， GU O Da n ， LUXi n y i n g ( 1 S t a t e G ri d J i a n g x i E l e c t r i c P o w e r R e s e a r c h I n s t i t u t e ， N a n c h a n g 3 3 0 0 9 6 ， C h i n a ； 2 S c h o o l o f Ci v i l a n d T r a n s p o r t a t i o n E n g i n e e r i n g ， B e i j i n g Un i v e r s i t y of C i v i l E n g i n e e ri n g a n d Ar c h i t e c t u r e ， B e i j i n g 1 0 0 0 4 4， Ch i n a ； 3 De p t o f C i v i l E n g i n e e ri n g， T s i n g h u a Un i v e r s i t y ， Be i j i n g 1 0 0 0 8 4， C h i n a ) Abs t r a ct ： C6 0 h i g h p e r f o r ma n c e c o n c r e t e wi t h l o w p e rm e a b i l i t y an d h i g h r e s i s t a n c e t o s a l i n e a t t a c k i s d e v e l o p e d t o r a i s e t h e l i f e s pa n o f the c o n c r e t e ba s e f o r s t a t e p o we r t r a ns mi s s i on l i n e s Th e r e s i s t a n c e t o s a l i n e a t t a c k o f the d e s i g n e d c on c r e t e i s t e s t e d b y a f o r mu l a t e d h e a tin gf r e e z i n g c y c l i n g t e s t m e tho d i n l a b， Th e r e s u l t s s h o w t h a t t h e c o n c r e t e o f l o w p e rm e a b i l i t y h a s e x c e U e n t r e s i s t a n c e t o c h l o ride s a l t a a c k Ke y wor ds： c o a s t a l ； s a l i n e s o i l ； h i g h p e rfo rm a n c e c o nc r e m； d u r a b i l i t y 0 引言 输电线路塔基混凝土是保证 电网正常工作的基石 ， 它 的耐久性直接影响着电力系统的安全 。 输电线路塔基 混凝土因其受力 特点 ， 其设计强度一般要求不 高 ， 通常为 C 2 5 C 3 5 。 部分塔基混凝土的使用环境较为恶劣 ， 如 ： 有的 工作在盐碱地和崎岖山区中， 有的工作在强腐蚀性 的东部 滨海或西部盐湖地 区。 通常情况下 ， 输 电线路塔基混凝土 的施工条件艰苦 ， 有时只能靠人抬肩扛将混凝土原材料和 拌和机械运至工地 ， 且常 因工地缺水 ， 无法对混 凝土进行 正常养护。 因此 ， 严酷环境下的塔 基混凝 土耐久性保障是 个值得关注 的问题 。 针对 目前 输 电线 路基础混 凝土设计 标准低 ， 施 工质 量差等问题 ， 国家 电网 2 0 1 2年设 立专 门课题 ， 要求 研 制 2 8 d 抗压强度达 6 0 MP a以上的抗盐渍高性能混凝土 ， 以解决东部 沿海和西 部盐渍 土 的侵蚀 问题 ， 同时要 求所 研制的 C 6 0混凝 土抗 氯离 子渗透 能力较 常规 C 4 0混凝 土提高 5 倍以上， 成本 比现有抗盐渍高性能混凝土至少 低 1 0 收 稿 日期 ： 2 0 1 4 0 9 1 3 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) l 4 4 课题承担单位 一国网江西省电力科学研究院， 联合清 华大学对上述 C 6 0抗 盐渍混凝 土进 行 了研制 。 因 国家 电 网对混凝土成本有苛 刻要 求 ， 考虑电力施工条件 限制 ， 课 题组认为只有采用 常规原材料和工艺来实现低渗透性混 凝土的配制， 才能适应未来使用要求。 清华大学研究人员 认为 ， 现代低渗透性混凝土受盐渍土的侵蚀机理 已不再 如 2 0世纪7 0年代的低强混凝土那样， 以化学腐蚀为主 ， 而是以盐结 晶破坏 为主 ； 且认为 ， 从混凝 土耐久性 和 施工角度考虑 ， 保证其拥有 低的渗透性是技术关键 ； 混凝 土的 2 8 d 抗压强度不一定非要 达到 6 0 MP a以上 ， 因为 ， 那样将大大提高混凝土的早期开裂风险。 传统上认为， 低 渗透性 的混凝 土一定要有高的强度。 然而 ， 现代混凝 土技 术告诉人们 ， 混凝土的渗透性与其强度不存在 固定线性关 系 ， 中低强度的混凝土同样可实现高的抗渗性。 本着上述 原因和原则 ， 课题组 设计 出了 C 3 0 、 C 4 0和 C 6 0三种 强度 等级 、 4 种配合 比的混凝土 ； 且在 国内外研究基础上 ， 考虑中国盐渍土 的环 境特点 ， 提 出了一种较 为严苛 的 烘冻循环盐侵试验制度， 并据此对混凝土的耐蚀性进行了 检验。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1试 验 方 法 1 1 原材料 试验选用 P O 5 2 5 R级冀东水泥 、 需水量 比和烧失量 分别为 9 8 和 3 2 的 I I 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。 试验采用 细度模数为2 7的机制尾矿砂和 5 - 3 1 5 i n l T l 接近连续级配的石灰岩碎石 ， 及 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 。 C 3 0混凝土 为W B= 0 4 8 ， 掺量为 4 0 的粉煤灰混凝土； C 4 0混凝土 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 混凝土设计有 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 ； 一是 w， B= 0 3 0 ， 单掺 1 0 硅 灰混凝 土 。 表 1 混凝土配合比 m 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 ： 2 0 0 4 混凝土耐 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 氯盐浸渍及烘冻试验 通过对 海 滨 地 区 盐渍 土 成 分 调 研u ， 试 验 采 用 以 下两种 盐 溶 液 对 混 凝 土 进 行 浸 渍 ： ( 1 ) 1 5 N a C 1 溶 液 ( 简记为 N 1 5 ) ； ( 2 ) 1 5 Na C 1 +3 Mg C 1 2溶 液 ( 简 记 为 N1 5 M3 ) 。 考虑实际混凝土所处环境的温湿度变化范围 ， 采用 以 下浸 、 烘 、 冻循环 来检 验混 凝土 的抗盐 浸性 能 ： 在 上述 盐 溶液中 ， 室温下长向半浸 2 4 h 后 取出 ， 自然 晾干 1 h ； 之后 放入 冰柜 中， 在 一1 0 下冷冻 2 4 h ； 再取 出放 入烘箱 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 ， 时间需要 1 d ， 之后再 开始下 一个循环 。 故每个试验循 环总计 5 d 。 烘 冻循环 试验后 混凝 土 的抗 压强度 测试 ： 将 尺 寸为 1 0 0 mm1 0 0 n l n l 1 0 0 m m 的立方 体 试件 半 浸 于上 述 N 1 5 M3溶液中 ， 每两个 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。 烘冻循环试验后混凝土的动弹模测试： 将尺寸为 1 1 3 0 H 1 l T l 1 0 0 i n i n 4 0 0 m m 长方体试 件长 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 凝土动弹仪测定试件 的动弹模 。 烘冻循环试验后混凝土的质量损失测定 ： 在测定动弹 模后 ， 用 0 1 精度天平测量混凝土 的质量变化 ， 并用 肉眼 和照相观察混凝 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 土表层截 面进行观测 ， 用 E D S对氯盐渗入深度进行分析 ； 用 X R D对有无浸盐混 凝土的表层化合物进行检测 ， 以确定混凝 土表面有无新相 形成 2 试验 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 压强 度和抗 折强度 ， 同时列 出了浸水 循环试 验 至 6 6 、 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 土抗压强度虽然达到了6 0 MP a 指标要求 ， 但较通常试配 强度略低 ； 由浸水 循 环后 的测 试 数据 可 知 ， 两 种 C 6 0混 凝土 的后期强 度均增 长显著 ， 完全满 足 C 6 0混凝 土技术 要求 表 2 混 凝土 抗压 和抗 折强 度 注 ： a ， b 分别为浸水第 6 、 1 0次循环时的抗压强度值。 2 1 2 烘冻后的混凝土抗压强度变化 图 1 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混凝土的抗压强度随烘冻循环次数增加 基本不变外 ， 其余 各混凝 土 的抗 压强 度均 有不 同程度 提 高。 考虑混凝土的离散性 ， 相同循环条件下 ， 氯盐对混凝土 的抗压强度无不 良影 响。 9 O 日 室 8 0 警 ， o -H 6 O 粪 5 0 4 0 0 2 4 6 8 1 0 烘 冻循 次数 图 1 不 同烘 冻循 环后 的混 凝土 抗压 强度值 2 1 3 1 5次循环后的抗折强度 表 3给 出了 1 5次烘冻循环后 ( 循环试验 7 5 d ， 总龄期 1 0 6 d ) 混凝土的抗折强度。 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 土的均稍有降 低 。 与 自来水相 比， 试验溶盐对混凝土 的抗 折强度无 明显 负作用。 l 45 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 表 3 混 凝土抗 折强 度变化 2 2混凝 土渗 透 性 表 4是标养不 同龄期 时， 各混凝 土中的氯离子扩散系 数值 。 可以看 出， 各 混凝土 的渗透性 随龄期延 长 ， 显著 降 低。 2 8 d时， 所设计的不同强度等级混凝土的渗透性相差 并大不， 但较 同等传统混凝土的抗渗性 ( 通常为 2 1 0 5 1 0 一 m s ) ， 提高了 0 5 2 5倍。 6 0 d时， 复掺粉 煤灰和矿渣的 C 6 0 1 型混凝土 的抗 渗性较其他混凝土已 呈现明显优势， 至9 0 d 时， 它的抗渗性约是其余混凝土的 2 倍 ； 考虑传统混凝 土的后期抗渗性 提高 幅度 有 限， 可 以 推测 ， 只有在长龄 期 ， 如 9 0 d后的 C 6 0 1型高性能混 凝 土才有望 比传统水泥混凝土的抗渗性提高 4 - 5 倍 ； 在 2 8 d 时 ， 这一 目标较难实现。 需要注意的是 ， 在本试验条 件下 ， 硅灰对 C 6 0混凝 土 后期抗渗性的提高不及复掺 的粉煤 灰和矿渣 ， 这即为高抗 渗 C 6 0混凝土 的成本 控制提供 了有利条件。 虽 然 国家 电 网未提供现有抗盐渍土混凝土的参照配合比， 但内掺 级 粉煤灰和 $ 9 5普通矿渣 的 C 6 01 型混凝 土， 即使按北 京 当地原材价格计算 ， 也未超过 3 6 5元 m ， 故 C 6 01型混 凝土有望实现国家 电网要求的成本控制 目标 。 表 4 混凝土中的氯离子扩散系 1 0 。 m s 2 3混 凝 土动 弹模 变化 图 2是各混凝 土在上述 两种盐溶 液 中、 不 同烘冻 循 环下的动弹模 比值变化 。 可 以看 出 ， 除 C 3 0混凝土外 ， 在 烘冻 l 5次循环内， 其余各混凝土的动弹模下降均不 明显 ， 余值均在 9 0 以上 。 N1 5溶 液 中 的 C 3 0混凝 土 试 样 在 第 l 4次烘冻循环时 ， 动弹模开始 下降 ， 第 l 5次后 降为初 始的 8 2 ； 而 N 1 5 M3溶液中的 C 3 0混凝土在第 1 2次烘冻 循环 时 ， 动 弹模 即开始 出现下 降 ， 第 1 5 次后 降为初 始 的 1 1 1 O 慧。 一 s O 7 0 6 _ o _ C 3 0 一 N 1 5一 一 C 3 0 一 N 1 5 M 3 l 、 O C6 O 一 1 一 N1 5一 一C6 0 1 一 N1 5 M3 C6 0 2 一 Nl 5 一 一C6 0 2 一 Nl 5 M3 0 3 6 9 1 2 1 5 烘 冻循环 图 2 不同烘冻循环下各混凝土动弹模相对比值变化 l 4 6 6 8 ； 说明 Mg盐增强 了氯盐溶液的侵蚀性。 2 4混凝 土质量 变化 图 3 6是上述各混凝土在水及两种试验盐溶液中、 不 同烘冻循环下的质量变化率 。 可以看 出， 各强度等级混凝 土在 不 同介 质 中 均 存 在 一 个 先 增 后 失 的过 程 ， 且 在 N1 5 M3溶液中的后期损失率较其他丽 种介质 中略大。 在 该溶液 中第 1 5次循环后 ， C 3 0混凝土 的失重最大， C 4 0次 之 ， C 6 0 2再次之 ， C 6 01 型混凝土最小 。 槲 血I 循环 次数 图3 12 3 0混凝土质量变化 曲线 一O 4 循 环次数 图4 C 4 0混凝土质量变化 曲线 1 3 5 7 9 11 1 3 1 5 循 环次数 图 5 G6 01型 混凝 土质量 变化 曲线 0 4 0 2 。 菽一 0 2 4 -0 6 一O- 8 1 3 5 7 9 l 1 l 3 1 5 循环次数 图6 C 6 0 2型混凝土质量变化 曲线 2 5 表 面形貌及物相 分析 2 5 1 表面与断面形貌 图 7是第 1 5次循 环后 ， 不 同混凝 土试件成 型面 的照 片。 可以看出 ， 只有盐溶液 中的 C 3 0混凝土成 型面有 肉眼 8 4 O 0 O 斟 卿遥 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m