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摘要：以内掺不同浓度粉煤灰制成的混凝土为研究对象，在水中和不同浓度硫酸钠溶液中分别进行浸泡实验后，通过对抗压强度的的测量对比，说明掺加粉煤灰的高性能混凝土对硫酸盐有较好的抵抗性能，并进一步说明粉煤灰含量为25%时其性能为最高。
硫酸盐侵蚀在我国基础工程建设方面是一种非常严重和常见的现象，这种侵蚀引起的混凝土耐久性不足，已越来越引起人们的注意。经过众多工程界人士多年的研究成果和实践经验表明，粉煤灰用作混合材料，因其结构较其他活性材料致密，内比表面积小，吸水能力弱，能够提高砼抗硫酸盐侵蚀的能力。本文即通过抗压强度试验来研究粉煤灰混凝土的抗硫酸盐侵蚀性能。以掺加粉煤灰配制的混凝土，通过其在硫酸盐侵蚀条件下强度的变化，提供混凝土抗硫酸盐性能定性鉴定方法的理论数据。
1 混凝土的硫酸盐侵蚀机理
硫酸盐腐蚀的实质是膨胀性化学腐蚀，硫酸盐与水泥石结构中的氢氧化钙起置换反应，生成硫酸钙。在经过一系列的水化反应后，生成高硫型水化硫铝酸钙，造成固相的体积膨胀。当硫酸盐浓度较高时，硫酸钙会在孔隙中直接结晶生成二水石膏，造成膨胀压力。当膨胀内压力超过混凝土抗拉强度时引起混凝土破坏，最终影响到其强度。混凝土的强度在开始时由于微结构的密实而提高，但由于硫酸盐反应的发展，又不断下降[1]。
2 原材料与试验设计
2.1 原材料
实验所用水泥为P.O.42.5，粉煤灰为Ⅱ级粉煤灰，碎石最大粒径为20mm，坍落度35~50mm，砂率为35%，河砂为中砂。
2.2 试验方案
考虑到粉煤灰对混凝土的腐蚀是一个漫长的过程，实验参照《混凝土抗硫酸盐侵蚀试验方法》，采用粉煤灰等量取代水泥，制作混凝土，分别浸泡在水和硫酸钠溶液中，于不同浸泡时期观察其外观和强度变化。
照全浸泡实验标准制作试块。本实验采用尺寸为100×100×100mm的立方体混凝土试件，混凝土试件每组3块。
混凝土试件分为10组，前5组C30混凝土试块水灰比为0.5，后5组C35混凝土为0.44，1、6组粉煤灰掺量为0%，2和7、3和8、4和9、5和10组粉煤灰掺量分别为10%、15%、25%和35%。
按照混凝土试件的养护按有关规定，在标准温度与湿度条件下养护7天(为了使在硫酸盐溶液中浸泡的混凝土试块侵蚀效果更明显)。然后，分别将其放入带密封盖的耐腐浸泡箱中，分组分别加入清水和5%的硫酸钠溶液(液面至少高出试件顶面50mm，试件之间应该保持50mm左右的间距)。在试件浸泡到第30天、90天、180天、360天龄期时，分别从浸泡在5%硫酸钠溶液和清水中各取出一组具有相同龄期相同配合比的混凝土试件，测其抗压强度。
按照《普通混凝土力学性能实验方法标准》GB/T50081中的有关规定进行混凝土抗压强度试验，求出每组试件的抗压强度平均值。
最后进行数据处理，计算公式为：
(1-1)
——强度耐蚀系数
——在清水中浸泡的一组混凝土试件的抗压强度平均值
——在硫酸盐溶液中浸泡的一组混凝土试件的抗压强度平均值
3 粉煤灰混凝土性能研究
主要研究不同粉煤灰掺量对混凝土性能的影响，及同一粉煤灰掺量不同水灰比对混凝土性能的影响。
3.1 粉煤灰掺量对混凝土抗压强度的影响
将实验测得的抗压强度平均值，按(1-1)式处理以后，得到试块浸泡一个月、三个月的强度耐蚀系数，如表1、表2所示。
表1 C30混凝土耐蚀系数
粉煤灰掺量 0% 10% 15% 25% 35%
一个月 0.0391 0.013 -0.0163 0.0026 -0.051
三个月 0.1125 0.018 -0.0858 -0.0093 0.0872
表2 C35混凝土耐蚀系数
粉煤灰掺量 0% 10% 15% 25% 35%
一个月 0.0015 0.0017 -0.0686 -0.0742 0.0579
三个月 0.0527 0.0341 0.0542 -0.0819 0.0557
通过以上对比统计表，研究粉煤灰掺量变化引起的性能改变，选择最佳掺量。结果表明：针对C30混凝土，粉煤灰掺量为25%时，混凝土强度耐蚀系数全为负值，表明在该掺量时混凝土于硫酸盐溶液中的抗腐蚀性能高于混凝土在清水中的抗腐蚀性能。即：在试验条件下，C30混凝土的强度在粉煤灰掺量25%最高。而C35混凝土在粉煤灰掺量为15%时，其强度耐蚀系数变化率最小，最为稳定。
对比研究结果表明：C35混凝土比C30混凝土得到的结果更明显。
3.2 水灰比对混凝土抗压强度的影响
通过对同一粉煤灰掺量，不同水灰比条件下的试件的耐蚀系数对比统计得到：在试验条件下，C30混凝土的强度在粉煤灰掺量25%最高。而C35混凝土在粉煤灰掺量为15%时，其强度耐蚀系数变化率最小，最为稳定。这一结果验证了上阶段试验的正确性。
3.3 硫酸盐侵蚀机理分析
普通硅酸盐水泥发生一系列水化反应后生成高硫型水化硫铝酸钙( )，又称钙钒石，即AFt相，体积增大l～5倍以上。当石膏消耗尽的时候，铝酸三钙还会与钙矾石生成单硫型水化硫铝酸钙，即AFm相，使体积增大导致混凝土破坏，属于化学侵蚀。在加入粉煤灰的混凝土中，用粉煤灰取代部分水泥，减少了水泥带入的铝酸三钙含量，相应减少一部分 ；同时粉煤灰中的活性成分 和部分 与水泥水化产物 。发生二次水化反应，生成大量C—S—H无定性凝胶，填充了混凝土的孔隙，使其更加致密，提高混凝土抗硫酸盐侵蚀能力[2]。
4 结语
粉煤灰混凝土对于干湿循环的环境条件有较好的抵制性能，通过抗压强度测定的混凝土耐蚀系数能够较好的反映混凝土的这一性能；在硫酸盐环境中，粉煤灰混凝土能够更好的发挥二次水化反应带来的良好耐硫酸盐结晶侵蚀性；粉煤灰掺量直接影响它的耐侵蚀性能，掺量太多和太少都不利于完全发挥它的这种性能，应该存在一个合理掺量的选择问题；合理的水胶比也是粉煤灰混凝土具有良好耐久性能的重要指标。
参考文献：
[1] 周俊龙，杨德斌 粉煤灰水泥砂浆抗硫酸盐侵蚀的研究。粉煤灰综合利用，2002(3)：18-20
[2] 乔宏霞，何忠茂，刘翠兰 粉煤灰混凝土在硫酸盐环境中的动弹性模量研究。粉煤灰综合利用，2006(1):6-8
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