石膏質(zhì)巖對混凝土性能的劣化及防治措施研究.pdf

1、湖北省宜昌至巴東高速公路K156～K160路段存在著一種俗稱為“灰包石”的含石膏質(zhì)巖的不良特殊巖土體，具有遇水膨脹性、易溶性及溶蝕后使地下水呈硫酸鹽腐蝕性等特點(diǎn)，對工作區(qū)的隧道、橋梁基礎(chǔ)和邊坡穩(wěn)定造成不利影響。為防治石膏質(zhì)巖對混凝土結(jié)構(gòu)的危害，研究了石膏質(zhì)巖分別以外部硫酸鹽侵蝕(ESA)和內(nèi)部硫酸鹽侵蝕(ISA)對混凝土長期性能的劣化規(guī)律及機(jī)理，提出了隧道襯砌混凝土防腐蝕措施。
　　 采用較高濃度的硫酸鹽溶液作為侵蝕介質(zhì)，將混凝

2、土試件浸泡于硫酸鹽侵蝕溶液中，模擬了石膏質(zhì)巖巖溶水對混凝土的外部硫酸鹽侵蝕。經(jīng)過1年齡期的侵蝕加速試驗(yàn)，混凝土在飽和石膏水溶液中的強(qiáng)度隨浸泡齡期延長逐步增加，未遭受飽和石膏水侵蝕；在硫酸鈉溶液中混凝土強(qiáng)度的劣化也較為緩慢，而硫酸鈉+硫酸溶液耦合、硫酸鈉-干濕循環(huán)耦合作用下的混凝土強(qiáng)度劣化非常顯著。膠凝材料組成對混凝土抗硫酸鹽侵蝕有顯著影響，使用高抗硫酸鹽硅酸鹽水泥、降低水膠比以及摻入30％以上的礦渣粉或粉煤灰等均能有效地提高混凝土的抗硫

3、酸鹽抗侵蝕性能。
　　 通過將石膏質(zhì)巖磨細(xì)為粉料或破碎為粗、細(xì)集料摻入混凝土中作為加速侵蝕試驗(yàn)的方法，模擬了混凝土配制時使用含石膏集料引起的內(nèi)部硫酸鹽侵蝕或新拌混凝土接觸到含石膏質(zhì)巖圍巖時產(chǎn)生的固態(tài)接觸腐蝕。1年齡期的性能結(jié)果表明，集料中SO3含量越高、摻雜石膏質(zhì)巖粒度越小，內(nèi)部硫酸鹽侵蝕反應(yīng)的速率和程度越大，所配制的混凝土膨脹率和強(qiáng)度損失越大。特別是當(dāng)集料中摻雜的SO3含量超過1％，或摻雜石膏質(zhì)巖粒度小于1.18mm后，試件將

4、產(chǎn)生有害膨脹和顯著的強(qiáng)度降低。與摻雜二水石膏相比，硬石膏產(chǎn)生的內(nèi)部硫酸鹽侵蝕速率要慢些，但最終的膨脹率和強(qiáng)度降低程度差別不大。
　　 通過XRD、SEM微觀測試，結(jié)合試件宏觀破壞特征，分析研究了石膏質(zhì)巖集料混凝土的內(nèi)部硫酸鹽侵蝕機(jī)理。內(nèi)部硫酸鹽侵蝕主要是由集料表面的石膏礦物與水泥中的C3A反應(yīng)或與水化形成的的水化鋁酸鈣或單硫型水化硫鋁酸鈣(AFm)繼續(xù)反應(yīng)形成鈣礬石(AFt)，集料-漿體界面膨脹應(yīng)力達(dá)到一定程度時將開裂，降低混凝

5、土強(qiáng)度。
　　 探討了含石膏質(zhì)巖集料混凝土內(nèi)部硫酸鹽侵蝕的抑制措施。水泥中的C3A含量對于內(nèi)部硫酸鹽侵蝕的程度影響很大，當(dāng)C3A含量不超過5％時，水化后形成的AFt數(shù)量不足以引起有害的膨脹。另外，降低水泥中的堿含量，采用粉煤灰、高嶺土或硅灰作摻合料而不是礦渣粉，控制較低的養(yǎng)護(hù)溫度，均能抑制集料中摻雜過量石膏引起的混凝土內(nèi)部硫酸鹽侵蝕膨脹和強(qiáng)度降低。考慮內(nèi)部硫酸鹽侵蝕對混凝土的嚴(yán)重破壞，為防治內(nèi)部硫酸鹽侵蝕，工程中應(yīng)嚴(yán)禁采用SO3