崔志剛，孫宇飛，魯恩龍，趙 兵

(1. 黑龍江牡丹江抽水蓄能有限公司，黑龍江省牡丹江市 157005;2.中國電建集團(tuán)西北勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司,西安 710065)

1 工程概況

荒溝抽水蓄能電站位于黑龍江省海林市境內(nèi)，電站裝機(jī)容量1 200 MW，年平均發(fā)電量18.36億kWh，年發(fā)電小時(shí)數(shù)1 530 h，抽水電量24.09億kWh，年抽水小時(shí)數(shù)2 008 h，電站綜合效率76.2%。電站上水庫總庫容1 161萬m3，為Ⅰ等大(1) 型工程。上水庫主壩、副壩、輸水系統(tǒng)、地下廠房及開關(guān)站等主要建筑物為1級，次要建筑物為3 級[1-2]。

混凝土的溶出性侵蝕主要發(fā)生在硬度較低的環(huán)境水中，在這種環(huán)境水中，由于鈣離子含量較低，當(dāng)混凝土結(jié)構(gòu)處于其中時(shí)，混凝土內(nèi)部鈣離子濃度較高的孔隙溶液和外界鈣離子濃度較低的水環(huán)境中會產(chǎn)生鈣離子濃度差，致使混凝土孔隙溶液中的鈣離子向環(huán)境水中擴(kuò)散，進(jìn)而使得孔隙率有所增加，降低混凝土的耐久性能[4]。溶出性侵蝕又可以分為表面接觸溶蝕和滲透溶蝕。表面接觸溶蝕是指軟水直接沖刷混凝土表面，不斷帶走由于離子濃度差擴(kuò)散出的鈣離子，發(fā)生侵蝕反應(yīng)；而滲透溶蝕是指混凝土內(nèi)部孔隙水在壓力作用下，不斷向外界遷移，軟水環(huán)境下混凝土內(nèi)部孔隙水分子的遷移會帶走孔隙溶液中的鈣離子，由此發(fā)生侵蝕反應(yīng)[5]。

本文在試驗(yàn)的基礎(chǔ)上考察了不同水膠比和粉煤灰摻量對溶出型侵蝕的影響，并進(jìn)行了研究和分析，為針對溶出型溶蝕特性區(qū)域進(jìn)行混凝土配合比設(shè)計(jì)提供參考。

2 試驗(yàn)概況

2.1 試驗(yàn)材料

水泥：冀東普通42.5水泥。

骨料：試驗(yàn)所用骨料均取自荒溝抽水蓄能電站下水庫砂石加工系統(tǒng)。

原材料各項(xiàng)指標(biāo)均滿足規(guī)范要求。

2.2 試驗(yàn)方法

試件制備：試驗(yàn)拌和二級配常態(tài)混凝土，水膠比分別選擇0.30、0.40、0.50和0.60，控制混凝土坍落度在70～90 mm[6]，通過篩除將小石與中石剔除，成型40 mm×40 mm×40 mm砂漿試件。試驗(yàn)過程中的混凝土成型與砂漿試件養(yǎng)護(hù)均參照《水工混凝土試驗(yàn)規(guī)程》[7]。

侵蝕試驗(yàn)設(shè)備：試驗(yàn)設(shè)備采用帶定速攪拌圓筒形容器，試驗(yàn)期間間隔一定的周期更換軟水，pH值為7.16，鈣離子濃度為1.8 mg/L(以CaO計(jì))。每次更換的侵蝕溶液量保持恒定，在試驗(yàn)換水的同時(shí)采集侵蝕溶液樣品，對侵蝕溶液中的離子濃度變化進(jìn)行測定，分析在一定侵蝕試驗(yàn)周期內(nèi)溶液中離子的變化情況。

2.3 指標(biāo)選取

對于混凝土的溶出型侵蝕來說，CaO的溶出是溶蝕過程的具體體現(xiàn)，并且CaO的溶出量與混凝土受溶蝕的程度存在著正比例的關(guān)系，是反映混凝土溶蝕程度的一個(gè)較好的研究對象[8]。CaO累計(jì)溶出比例為混凝土在溶蝕的作用條件下累計(jì)溶出的鈣離子總量(以CaO計(jì))與未受侵蝕混凝土中鈣離子(以CaO計(jì))總量的比值，該參數(shù)能夠在一定程度上反映出溶蝕作用的侵蝕程度。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1 pH值的變化分析

在試件浸泡過程中，pH值的變化能夠在一定程度上反映由于試件內(nèi)部連通孔隙中溶出溶液所帶出的堿的含量。在本次試驗(yàn)中采用LIDA pHS-3C pH計(jì)(精度為0.01)對試樣浸泡過程中侵蝕溶液的pH值進(jìn)行監(jiān)測，試驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。

圖1 侵蝕浸泡溶液pH值變化圖

由試驗(yàn)結(jié)果可知：試件浸泡過程中pH值的變化整體趨勢分為3個(gè)階段：

(1) 浸泡試驗(yàn)前期(0～4 d)pH值增大速率很快，pH值迅速升高至11～12。

(2) 隨著試驗(yàn)的進(jìn)行(5～14 d)，在pH迅速升高后，又呈現(xiàn)迅速下降趨勢，曲線斜率為負(fù)值。

前2個(gè)階段pH值的變化主要與試件表層結(jié)晶的堿性物質(zhì)有關(guān)。在浸泡初期，由于有較多的堿性物質(zhì)，主要是水泥水化反應(yīng)的生成物Ca(OH)2[9]進(jìn)入水溶液中，使得浸泡溶液的pH值迅速升高，隨后，溶液開始呈弱堿性，即pH值有所降低。

(3) 在浸泡試驗(yàn)進(jìn)行到一定時(shí)間14 d后，pH值的變化趨于平穩(wěn)，pH值維持在8～9之間。在此階段中，試件內(nèi)部孔隙中的堿性物質(zhì)通過混凝土中的微細(xì)孔隙和毛細(xì)通道向表層擴(kuò)散，使得堿性物質(zhì)的擴(kuò)散過程依然在進(jìn)行，達(dá)到一個(gè)近似動(dòng)態(tài)的平衡過程，所以，此階段溶液的pH值基本維持在一定范圍內(nèi)小幅波動(dòng)。

由于pH值測試自身特點(diǎn)的限制，pH值監(jiān)測數(shù)據(jù)只能用于過程的粗略監(jiān)控和輔助分析。

3.2 CaO累計(jì)溶出比例變化分析

鈣離子濃度用EDTA滴定法測定，試驗(yàn)用ED-TA溶液、鈣指示劑，試驗(yàn)儀器有鐵架臺、滴定管、錐形瓶、燒杯、電子稱等。精確度為±0.04 mmol/L，約相當(dāng)于±2滴EDTA溶液。

試驗(yàn)對不同浸泡時(shí)間的侵蝕溶液進(jìn)行測定，并計(jì)算不同水膠比砂漿試件CaO累計(jì)溶出比例，試驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。

圖2 CaO累計(jì)溶出比例隨齡期的變化圖

由試驗(yàn)結(jié)果可知：

(1)

式中：J為擴(kuò)散通量；D為擴(kuò)散系數(shù)；ρ為擴(kuò)散物質(zhì)的質(zhì)量濃度；x為擴(kuò)散方向。

(2) 不同水膠比砂漿試件在軟水浸泡的過程中，CaO累計(jì)溶出比例也有著一定的差異。隨著水膠比的增大，試件CaO累計(jì)溶出比例也越大，說明水膠比越大，試件中的Ca2+向侵蝕溶液中擴(kuò)散的速度越快，這是由于水膠比大的砂漿試件因水的比例增加，在其表層與內(nèi)部形成了較多的孔隙和通道，減小了試件表層部分Ca2+析出的阻力，也更有利于試件內(nèi)部Ca2+的析出，故而造成了水膠比越大，砂漿試件的CaO累計(jì)溶出比例也越大，水泥砂漿試件在溶出型侵蝕環(huán)境中的耐久性越差。

4 結(jié) 語

(1) 通過對浸泡溶液pH值的監(jiān)測可知，浸泡溶液的pH值的變化趨勢為先迅速升高至11～12，再降低至8附近，然后維持在8～9之間波動(dòng)的形式，但由于pH值測試自身特點(diǎn)的限制，pH值監(jiān)測數(shù)據(jù)只能用于過程的粗略監(jiān)控和輔助分析；

(2) 在試驗(yàn)的浸泡齡期中，浸泡溶液中的CaO累計(jì)溶出比例變化趨勢:先以較快的溶出速率快速增長，然后增長速率逐漸減小，減小至一定程度后，又略有增加，繼而再維持在一定的增長速率平穩(wěn)增長；

(3) 水膠比越大，試件中的Ca2+向侵蝕溶液中擴(kuò)散的速度越快，其試件CaO累計(jì)溶出比例也越大，水泥砂漿試件在溶出型侵蝕環(huán)境中的耐久性越差。

參考文獻(xiàn):

[1] 李煒.水力計(jì)算手冊[M].2版.北京:中國水利水電出版社，2006.

[2] 張健,單志高,夏江.淺談虹吸管在小型水庫除險(xiǎn)加固中的設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J].中國科技信息,2013(10):87-87.

[3] 李惠英,田文鐸,閻海新.倒虹吸管[M].北京:中國水利水電出版社，2006.

[4] 黃健,劉恒,虹吸管在金東區(qū)水庫除險(xiǎn)加固中的應(yīng)用[J].浙江水利科技,2010(09)：73-76.

[5] 欒琳,毛鳳濱,王立濤.虹吸管在山區(qū)小型水庫中的應(yīng)用[J].黑龍江水利科技,2007(05)：199-201.