石膏質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，對工作區(qū)的隧道、橋梁基礎和邊坡穩(wěn)定造成不利影響。為防治石膏質巖對混凝土結構的危害，研究了石膏質巖分別以外部硫酸鹽侵蝕(ESA)和內部硫酸鹽侵蝕(ISA)對混凝土長期性能的劣化規(guī)律及機理，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，將混凝

2、土試件浸泡于硫酸鹽侵蝕溶液中，模擬了石膏質巖巖溶水對混凝土的外部硫酸鹽侵蝕。經過1年齡期的侵蝕加速試驗，混凝土在飽和石膏水溶液中的強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。
　　 通過將石膏質巖磨細為粉料或破碎為粗、細集料摻入混凝土中作為加速侵蝕試驗的方法，模擬了混凝土配制時使用含石膏集料引起的內部硫酸鹽侵蝕或新拌混凝土接觸到含石膏質巖圍巖時產生的固態(tài)接觸腐蝕。1年齡期的性能結果表明，集料中SO3含量越高、摻雜石膏質巖粒度越小，內部硫酸鹽侵蝕反應的速率和程度越大，所配制的混凝土膨脹率和強度損失越大。特別是當集料中摻雜的SO3含量超過1％，或摻雜石膏質巖粒度小于1.18mm后，試件將

4、產生有害膨脹和顯著的強度降低。與摻雜二水石膏相比，硬石膏產生的內部硫酸鹽侵蝕速率要慢些，但最終的膨脹率和強度降低程度差別不大。
　　 通過XRD、SEM微觀測試，結合試件宏觀破壞特征，分析研究了石膏質巖集料混凝土的內部硫酸鹽侵蝕機理。內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)反應形成鈣礬石(AFt)，集料-漿體界面膨脹應力達到一定程度時將開裂，降低混凝

5、土強度。
　　 探討了含石膏質巖集料混凝土內部硫酸鹽侵蝕的抑制措施。水泥中的C3A含量對于內部硫酸鹽侵蝕的程度影響很大，當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)護溫度，均能抑制集料中摻雜過量石膏引起的混凝土內部硫酸鹽侵蝕膨脹和強度降低。考慮內部硫酸鹽侵蝕對混凝土的嚴重破壞，為防治內部硫酸鹽侵蝕，工程中應嚴禁采用SO3