第１４卷第３期 ２ ０ １ ６年６月 水利与建筑工程学报 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｗａｔｅｒ Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ ａｎｄ Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｖｏ１．１４ Ｎｏ．３ Ｊｕｎｅ，２０ １ ６ ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７２—１１４４．２０１６．０３．０３７ 高抗硫酸盐水泥混凝土抗硫酸盐、 镁盐双重侵蚀性能初探 李 雷，唐新军，朱鹏飞，王 航 （农业大学水利与土木工程学院，乌鲁木齐８３００５２） 摘要：为探讨高抗硫水泥混凝土在硫酸盐、镁盐双重侵蚀环境下的抗侵蚀性能，对不同水灰比的高抗 硫水泥胶砂试件，进行不同浓度的硫酸盐、镁盐双重侵蚀试验，试验结果表明：高抗硫水泥混凝土只能抵 抗低浓度（ＳＯ４ 一≤２ ５００ ｍｇ／Ｌ，Ｍ ≤６００ ｍｇ／Ｌ）硫酸盐、镁盐的双重侵蚀，难以抵抗较高浓度硫酸盐、镁 盐的双重侵蚀；在低浓度双重侵蚀环境中，降低水灰比有利于增强高抗硫酸盐水泥混凝土的抗蚀能力。 关键词：水灰比；高抗硫水泥；胶砂试件；硫酸盐、镁盐双重侵蚀；抗蚀能力 中图分类号：ＴＵ５２８．３３ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７２—１１４４（２０１６）０３—０１９７—ｏ３ Ｔｈｅ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ Ｓｕｌｆａｔｅ ａｎｄ Ｍａｇｎｅｓｉｕｍ Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｏｆ Ｈｉｇｈ Ｓｕｌｆａｔｅ Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ Ｃｏｎｃｒｅｔｅ ＬＩ Ｌｅｉ，ＴＡＮＧ Ｘｉｎｊｕｎ，ＺＨＵ Ｐｅｎｇ￣ｅｉ，ＷＡＮＧ Ｈａｎｇ （Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆＷａｔｅｒ Ｃｏｎｓｅｒｖａｎｃｙ ａｎｄ Ｃｉｖｉｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｘｉｎｊｉａｎｇ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｕｒｕｍｑｉ，Ｘｉｎｊｉａｎｇ ８３００５２，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｏ ｅｘｐｌｏｒｅ ｈｉｇｈ ｓｕｌｆａｔｅ—ｒｅｓｉｓｔａｎｔ ｃｅｍｅｎｔ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｉｎ ｓｕｌｆａｔｅ，ｍａｇｎｅｓｉｕｍ ｓａｌｔ ｅｒｏｓｉｏｎ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｕｎｄｅｒ ｄｏｕｂｌｅ ｅｒｏｓｉｏｎ ｅｎｖｉｏｎｍｅｎｔ，ｗｉｒｔｈ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｗａｔｅｒ／ｃｅｍｅｎｔ ｒａｔｉｏ ｏｆ ｈｉｇｈ ｓｕｌｆｕｒ ｃｅｍｅｎｔ ｍｏｒｔａｒ ｓｐｅｃｉｍｅｎｓ，ｆｏｒ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｃｏｎｃｅｎｔｒａ． ｔｉｏｎｓ ｏｆ ｄｏｕｂｌｅ ｓｕｌｆａｔｅ，ｍａｇｎｅｓｉｕｍ ｓａｌｔ ｅｒｏｓｉｏｎ ｔｅｓｔ，ｔｅｓｔ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｈｉ【ｇｈ ｓｕｌｆｕｒ ｃｅｍｅｎｔ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｃａｎ ｒｅｓｉｓｔ ｌＯＷ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ（ｓｏ４ 一≤２ ５００ ｍｇ／Ｌ，ｎｇ ≤６００ ｍｇ／Ｌ）ｏｒ ｌｅｓｓ ｔｈｅ ｄｏｕｂｌｅ ｅｒｏｓｉｏｎ ｏｆ ｓｕｌｆａｔｅ，ｍａｇｎｅｓｉｍ ｕｓａｌｔ，ｉｔ ｉｓ ｄｉｆ－ ｉｆｃｕｈ ｔｏ ｒｅｓｉｓｔ ｔｈｅ ｈｉｇｈ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｕｌｆａｔｅ，ｍａｇｎｅｓｉｍ ｕｓａｌｔ ｅｒｏｓｉｏｎ；Ｉｎ ｔｈｅ ｌＯＷ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｄｏｕｂｌｅ ｅｒｏｓｉｏｎ ｅｎｖｉ． ｒｏｕｍｅｎｔ．ｒｅｄｕｃｅ ｗａｔｅｒ－ｂｉｎｄｅｒ ｒａｔｉｏ ｉＳ ｂｅｎｅｆｉｃｉｌａ ｔｏ ｅｎｈａｎｃｅ ｈｉｇｈ ｓｕｌｆａｔｅ ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ｃｅｍｅｎｔ ｃｏｎｃｒｅｔｅ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｗａｔｅｒ ｃｅｍｅｎｔ ｒａｔｉｏ；ｈｉ【ｇｈ ｓｕｌｆｕｒ ｃｅｍｅｎｔ ｃｏｎｃｒｅｔｅ；ｍｏｒｔａｒ ｓｐｅｃｉｍｅｎ；ｓｕｌｆａｔｅ ａｎｄ ｍａｇｎｅｓｉｕｍ ｒｅｓｉｓ－ ｔａｎｃｅ；ｔｈｅ ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ 地处亚欧内部，年降水量小，地表水蒸 发量大，导致土壤盐碱化程度较高。据统计ｌ１ Ｊ，盐渍 土面积高达１５．８３万ｋｍ２，约占全区总面积的９．５％， 有报道。本文通过试验对高抗硫水泥混凝土在硫酸 盐、镁盐双重侵蚀环境下的抗侵蚀性能进行初步探 讨，以期为工程界提供参考。 盐碱地多以硫酸盐、镁盐存在为主，其对混凝土结构 产生严重的侵蚀破坏作用，严重缩短工程建筑的使 用寿命。在南疆地区，近年来常有水工混凝土结构 遭到硫酸盐、镁盐双重侵蚀破坏＿２｜３ Ｊ，双重侵蚀问题 已经引起工程界的广泛重视ｌ４ Ｊ。硫酸盐侵蚀研究 的人较多ｌ １０ ２］而高抗硫水泥在工程界也常被用于 １试验材料与方法 １．１试验材料 本文试验中所用水泥为和布克赛尔县青松 南岗屯南建材有限责任公司生产的高抗硫酸盐水泥 ４２．５水泥，其物理性能指标见表１，化学性能指标见 抵抗硫酸盐侵蚀［Ｂ ，但在硫酸盐、镁盐双重侵蚀 环境下，高抗硫水泥混凝土的抗侵蚀性能如何却少 表２；砂：ＩＳＯ标准砂；ＦＤＮ萘系高效减水剂：乌鲁木 齐市建宝天化新材料科技有限公司生产（标准型）； 收稿日期：２０１６—０３—１０ 修稿日期：２０１６．０３．３１ 作者简介：李雷（１９８９一），男，河南安阳人，硕士研究生，研究方向为混凝土结构耐久性研究。Ｅ—ｍａｉｌ：４７４９１６３９０＠ｑｑ．ｃｏｎ 通讯作者：唐新军（１９５９一），男，陕西蒲城人，教授，博士生导师，主要从事水工结构工程理论教学与科研工作。Ｅ－ｍａｉｌ：ｔａｎｇｘｊ５９＠１６３．ｃｏｍ １９８ 水利与建筑工程学报 第１４卷 拌和材料所用水：试验室自来水；配制侵蚀溶液所用 水：蒸馏水。 表１高抗硫酸盐水泥物理性能指标 １．２试验方法 表４侵蚀溶液浓度及编号 浸蚀溶液编号 Ｒｌ Ｒ２ Ｒ３ Ｒ４ 《水泥抗硫酸盐侵蚀试验方法》ｌｌ ｊ（ＧＢ／Ｔ７４９— ２００８）中规定了浸泡抗蚀性能试验的方法（Ｋ法），本 试验根据Ｋ法中对胶砂组成的规定，用高抗硫酸盐 ｓｏ４ 一溶液浓度／（１１】ｇ·Ｌ ）Ｍ 溶液浓度／（ｍｇ·Ｌ ）０ ０ ２５００ ４０００ ６００ １０００ ８０００ ２０２５０ ３０００ ６０００ 水泥制作了水灰比为０．３、０．４、０．５的胶砂试件（配 合比见表３），胶砂试件截面为１０ ｌｌｑｍ×１０ １Ｔｉｍ×６０ ２试验结果与分析 通过试验检测，水灰比为０．３、０．４、０．５的胶砂 试件，在Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、 四种侵蚀溶液中，经过２个 ＩｎｌＴｌ的棱柱体，在水中标准养护２８ ｄ后的试件，分别 浸泡在淡水（蒸馏水）及不同浓度硫酸盐、镁盐双重 侵蚀溶液中（侵蚀溶液浓度及编号见表４，侵蚀溶液 温度控制在２０℃左右），按公式（１）对胶砂试件每两 个月进行一次抗折强度Ｒ的测量，侵蚀龄期６个 月，各组试件的抗蚀系数Ｋ按公式（２）计算得出，结 果保留到０．０１。利用抗蚀系数Ｋ是否小于０．８作 为试件是否遭受侵蚀破坏的评定指标。 Ｒ＝０．０７５×Ｆ （１） 月、４个月、６个月的侵蚀，其抗蚀系数随侵蚀时间的 变化情况见图１一图４。 式中：Ｒ为试件抗折强度，ＭＰａ；Ｆ为棱柱体折断时 中部所受荷载，Ｎ；０．０７５为与小型抗折试验机夹具 力臂及试件截面积有关的换算常数。 Ｋ＝尺液／ＲＴＩ￣ （２） 图１试件在Ｒ１（Ｓ０４ ＝２５００、Ｍ ＝６００）中抗蚀 系数随侵蚀时间的变化 式中：Ｋ为抗蚀系数；尺液为试件在侵蚀溶液中浸泡 一定龄期时的抗折强度，ＭＰａ；Ｒ水为试件在２０℃水 当Ｋ≤０．８时认为试件遭到侵蚀破坏。 表３高抗硫酸盐水泥胶砂试件的配合比 从图１～图４可以看出： 中养护同龄期抗折强度，ＭＰａ。 （１）高抗硫酸盐水泥胶砂试件经过６个月的侵 蚀，在不同浓度双重侵蚀溶液中，其抗蚀系数随侵蚀 龄期的变化情况具有较大差异，随侵蚀溶液浓度的 增大，试件的抗蚀系数降低明显。 （２）在较低浓度的Ｒ１（５０４２一为２ ５００—ｎｇ／Ｌ， Ｍ 为６００ ｍｇ／Ｌ）双重侵蚀溶液中，试件的抗蚀系 数随侵蚀龄期的变化曲线虽然略呈下降趋势（见图 １），但经过６个月的侵蚀，其抗蚀系数仍然保持较大 注：采用标准砂是为了消除天然砂的不均匀性，Ａｌ各组试件在 数值（Ｋ＞１．０），说明高抗硫水泥胶砂试件能够抵抗 拌合时掺人１．２％的高效减水剂。 低浓度（ＳＯ４ 一为２ ５００ ｍｇ／Ｌ，Ｍｇ２ 为６００ Ｌ）双重 第３期 李雷，等：高抗硫酸盐水泥混凝土抗硫酸盐、镁盐双重侵蚀性能初探 １９９ 侵蚀破坏作用。 图２试件在Ｒ２（８０４ ＝４ＯＯＯ、Ｍｇ ＝１０００）中抗蚀 系数随侵蚀时间的变化 图３试件在Ｒ３（ｓｏ４ ＝８０００、Ｍ ＝３０００）中抗蚀 系数随侵蚀时间的变化 图４试件在Ｒ４（ｓｏ４ ＝２０２５０、Ｍ ＝６ｏｏｏ）中抗蚀 系数随侵蚀时间的变化 （３）在Ｒ２（ｓｏ４ 一为４ ０００ ｍｇ／Ｌ，Ｍｇｚ 为１ ０００ ｍ Ｌ）双重侵蚀溶液中，经过６个月的侵蚀，各组试 件的抗蚀系数虽然仍大于０．８，但抗蚀系数随侵蚀 龄期下降明显（见图２），若进一步延长侵蚀时间，水 灰比较大的两组试件其抗蚀系数有可能低于０．８。 （４）在较低浓度双重侵蚀溶液Ｒ 、Ｒ２中，试件 的抗蚀系数随水灰比降低而增大，特别当水灰比降 低至０．３时，试件的抗蚀系数增大较明显，说明在较 低浓度双重侵蚀情况下，降低水灰比有利于增强高 抗硫酸盐水泥混凝土抵抗硫酸盐、镁盐双重侵蚀的 能力。 （５）在两种高浓度双重侵蚀溶液 （８０４ 一为 ８ ０００ ｍｇ／Ｌ，Ｍ 为３ ０００ ｍｇ／Ｌ）、Ｒ４（ＳＯ４ 一为２０ ２５０ ｍｇ／Ｌ，Ｍ 为６ ０００ ｍｇ／Ｌ）中，在侵蚀龄期达到６个 月时，各组不同水灰比试件的抗蚀系数均小于０．８ （发生侵蚀破坏），说明高抗硫酸盐水泥胶砂试件不 能抵抗高浓度双重侵蚀破坏作用。 ３结论 高抗硫水泥混凝土只能抵抗低浓度（ｓｏ４ 一≤ ２ ５００ ｍｇ／Ｌ，Ｍ ≤６ＯＯ ｍｇ／Ｌ）硫酸盐、镁盐的双重 侵蚀，难以抵抗较高浓度硫酸盐、镁盐的双重侵蚀； 在低浓度双重侵蚀环境中，降低水灰比有利于增强 高抗硫酸盐水泥混凝土的抗蚀能力，但在较高浓度 （Ｓ０４ 一≥８ ０００ ｍｇ／Ｌ，Ｍｇ２ ≥３ ０００ ｍｇ／Ｌ）的硫酸盐、 镁盐的双重侵蚀环境中，即使降低水水灰比，高抗硫 酸盐水泥混凝土也难以抵抗侵蚀破坏。 参考文献： ［１］维吾尔自治区农业厅．土种志［Ｍ］．乌鲁木 齐：科技卫生出版社，１９９３：１１６．３７６． ［２］ 孙兆雄，葛毅雄．天然硫酸盐环境水对混凝上的侵蚀例 析［Ｊ］．农业大学学报，２００３，２６（２）：６５．７１． ［３］周 阳．掺Ⅱ级粉煤灰混凝上在盐碱地区抗硫酸 盐侵蚀性能研究［Ｄ］．乌鲁术齐：农业大学，２０１０． ［４］马继明，孙兆雄，葛毅雄．高性能混凝土的抗硫酸盐、镁 盐侵蚀研究［Ｊ］．农业人学学报，２００５，２８（２）：６７．７１． ［５］朱永斌．双掺普通水泥混凝土抗硫酸盐、镁盐侵蚀破坏 微观结构的研究［Ｊ］．农业大学学报，１９９９，２２（２）： １３７．１４４． ［６］高礼雄，文奔，刘金革．矿物掺合料对混凝土抗硫酸 镁侵蚀的有效性研究［Ｊ］．混凝土，２Ｏ０７（１１）：８９９１，９４． ［７］苏建彪，唐新军，刘向楠，等．水胶比及粉煤灰掺量对混 凝土抗硫酸盐、镁盐双重侵蚀性能的影响［Ｊ］．粉煤灰 综合利用，２０１４（５）：３０—３２． ［８］刘向楠，唐新军，苏建彪，等．硫铝酸盐水泥混凝土抗高 浓度硫酸镁侵蚀性能研究［Ｊ］．水利与建筑工程学报， ２０１５，１３（５）：１６１—１６７． ［９］杨礼明，余红发，麻海燕，等．商Ｉ生能混杂纤维增强膨胀 混凝土在硫酸镁溶液中的抗腐蚀性能［Ｊ］．硅酸盐通 报，２０１１，３９（４）：７６４—７６９． ［１０］翟超，唐新军．水胶比和粉煤灰掺量对高性能混凝 土塑性开裂的影响［Ｊ］．水利与建筑工程学报，２０１４，１２ （６）：１４１．１４４，１７５． （下转第２３１页） 第３期 朱经志：膨胀土地区隧道洞口边仰坡垮塌机理与防治措施研究 ２３１ 的工程性质，在降雨增湿条件下，膨胀土增湿膨胀， 性质随之发生改变所引起。 ［５］邱雪莲，王保田．膨胀土化学改良效果及其在边坡工程 中应用的试验研究［Ｊ］．水利与建筑工程学报，０１２３，１１ （２）：１９０．１９５． （２）在降雨增湿条件下，膨胀土边坡横向位移 显著增大，边坡坡中处位移量最大，坡脚与坡底相对 位移明显。边坡垮塌过程中有明显征兆，在边坡中 ［６］徐彬，殷宗泽，刘述丽．膨胀土强度影响因素与规律 杰，等．论裂隙对膨胀土边坡稳定 的试验研究［Ｊ］．岩土力学，０１１，２３２（１）：４４．５０． ［７］殷宗泽，袁俊平，韦的影响［Ｊ］．岩土工程学报，２０１２，４（１３２）：２１５５—２１６１． 部会首先出现裂缝，随着增湿作用的增大，裂缝逐渐 发展，造成边坡垮塌。 ［８］周葆春，张彦钧，冯冬冬，等．荆门非饱和压实膨胀土的 吸力特征及其本构方程［Ｊ］．岩石力学与工程学报， ０１２３，３２（２）：３８５—３９２． （３）膨胀土地区隧道洞口边仰坡开挖对边坡造 成较大扰动，隧道开挖对仰坡及边坡内侧造成影响 较大。实际工程中，危险区域往往出现在两侧边坡， 在膨胀土边仰坡设计中，边坡设计应给与足够的重 视。 ［９］王芳，曹培，严丽雪，等．不同应力路径下膨胀土强 度变形特性的试验研究［Ｊ］．水利与建筑工程学报， ２０１０，８（４）：９０．９１，９５． （４）室内数值模拟和施工现场分析相结合的方 法，可以理论联系实际，更好的探寻工程问题发生机 理及规律，相互验证，对具体工程研究成果向一般工 程的应用起到积极影响 （５）在边坡垮塌初期，往往有明显征兆，施工单 位应注意观察，必要时候可以采用防水遮盖、注浆、 锚固、钢管桩、锚网喷、重新削坡等方式进行处理，控 制边坡变形。 参考文献： ［１］李珍玉，肖宏彬，金文婷，等．南宁膨胀土非线性流变模 型研究［Ｊ］．岩土力学，２０１２，３３（８）：２２９７—２３０２． ［１０］曾召田，刘发标，吕海波，等．干湿交替环境下膨胀土 变形试验研究［Ｊ］．水利与建筑工程学报，２０１５，１３（３）： ７２．７６． ［１１］张家俊，龚壁卫，胡２７２９．２７３４． 波，等．干湿循环作用下膨胀土 裂隙演化规律试验研究［Ｊ］．岩土力学，２０１１，３２（９）： ［１２］吴华，袁俊平．干湿循环下膨胀土现场大型剪切试 东，等．南宁膨胀土长期压缩特 验研究［Ｊ］．岩土工程学报，２０１３，３１（Ｓ１）：１０３—１０７． ［１３］马少坤，赵乃峰，周［１４］袁俊平，丁８３．８６． 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