文献研究表明，泛碱产物主要有CaCO3、NaSO4、CaSO4及K2SO4等盐类。目前国内外抑制泛碱的方法主要有：一通过改善混凝土内部组成的整体处理法，即配置高性能抗泛碱混凝土；二是混凝土表面涂刷涂层的表面处理法。文献表面涂层材料选用水泥基材料、粘接剂、砂浆和有机涂料等。综合来看，整体处理法通过改变混凝土内部组成能更好地改善混凝土抗泛碱性能。文献研究表明，选用低水灰比混凝土并掺入一定活性矿物掺合料，一定程度上提高混凝土的抗渗性能，从而起到抗泛碱作用。然而，国内外对于这种抗泛碱掺合料的组分设计并没有一个明确的试验规范条文。
本文针对腐蚀环境中变电站基础最常见的泛碱现象进行研究，为抗泛碱高性能混凝土配合比设计提出建议，设计抗泛碱高性能混凝土并验证了其性能。
本课题深入现场，对晋北地区某变电站的地下水和泛碱产物进行取样，测定了地下水中腐蚀离子的浓度以及泛碱产物的组分。化学分析本地区地下水中离子成分，试结果见表1，刮取的泛碱产物进行滴定法分析，泛碱产物的组分结果见表2。
从表1可知，地下水环境总体呈碱性，硫酸根离子、镁离子、氯离子所占矿物比重较大。由表2可知泛碱产物90%以上成分为Na2SO4。由此可知，晋北基础混凝土“泛碱”成分主要是硫酸盐，混凝土防泛碱性能提高可从抵抗硫酸盐入手。
2.1试验原材料
水泥为山西吉港水泥有限公司，P.O42.5，28d抗折强度8.7MPa，抗压强度48.2MPa；细骨料为山西忻州豆罗砂，细度模数2.68；粗骨料为山西太原北郊碎石，级配5～25；粉煤灰为大唐太原第二热电厂，二级粉煤灰；外加剂为HS-209聚羧酸高性能减水剂，山西太原双明外加剂厂，掺量2.5%，减水率25%；水为饮用水；Na2SO4溶液的质量百分数为2.6%。
2.2配合比选择
根据规范及参考常规配制方法，本文采取了假定容重法进行配合比设计，首先考虑水胶比对混凝土抗硫酸盐的影响，设计三个混凝土基准配合比，其水胶比分别为0.33、0.38及0.43，方案具体配比见表3。
鉴于国内外对于抗泛碱混凝土的研究，特别是对于抗硫酸盐混凝土的试验方法及特点，本文采取掺入一定量的粉煤灰、矿粉以及硅粉来进行实验。方案中，粉煤灰掺入量为0%、10%、15%三个水平，矿粉掺入量为0%、10%、15% 三个水平，硅灰的掺入量为0%、5%、10% 三个水平，外加剂选用聚羧酸高效减水剂，掺量为胶凝材料用量的0.3%。然后采用正交实验的方法来进行配合比选择，最终选择9种方案进行对比，掺入掺合料的配合比方案见表4。
由于现有规范中没有关于混凝土泛碱的试验方法，鉴于混凝土发生泛碱现象的主要原因是混凝土内部密实性差，其实硫酸盐侵蚀混凝土也是由于混凝土内部的不密实，所以二者之间必然存在着密切的联系。因此，我们采用不同的试验方法来探究混凝土的抗泛碱能力。
3.1室内硫酸钠溶液半浸泡试验
3.1.1试验原理
使用硫酸盐溶液浸泡的方法，使硫酸盐进入试块内部，经过一段时间以后，试块的表面会析出“碱”来，通过观察混凝土表面的变化，和称量“碱”的质量，来判断9个不同配合比方案混凝土试块的防泛碱能力。
3.1.2试验步骤
采用半浸泡的方法进行实验，试件尺寸为10cm×10cm×10cm，并在标准条件下养护，配置5%浓度的硫酸钠溶液，将混凝土试块半浸泡于其中，硫酸钠溶液距离试块顶部4cm，试块之间间隔不小于2cm，浸泡时间为16小时，自然晾1小时，用毛巾擦去试块表面水分，称重，然后放入烘箱中（试块之间保持2cm以上间距），在120℃条件下烘6小时，待有试件表面有泛碱产物生成的时候，取出，自然晾1小时，每两天刮取泛碱产物并且称取泛碱产物的重量。相同龄期内，对比混凝土的泛碱产物数量。
3.2.1试验原理
由于混凝土试块会有一些贯通的毛细孔，当混凝土试块有部分处于5%的硫酸钠溶液中，部分有暴露于大气环境中时，以水为载体的硫酸盐会通过毛细孔往上渗透，因此，可以通过测定混凝土表面涨碱的高度，来间接反应混凝土试块内部的孔隙情况。
3.2.2试验步骤
试件尺寸为10cm×10cm×40cm，把9个方案试块分别放入烘箱中烘干，待试块冷却到室温以后，将其均放入5%的硫酸钠溶液中，观察混凝土正面、侧面、背面渗水高度的变化，分别记录7d、14d及21d每个面上的泛碱高度，以此来代表混凝土的渗水高度，从而间接的反应混凝土内部的孔隙。
4.1室内硫酸钠溶液半浸泡试验
按照上述试验方法分别测试并记录试件7d、14d及21d的泛碱量，测试试验及测试结果分别见图1、图2。
分析图2泛碱量数据得到如下结论：
（1）由于混凝土试块半浸泡于5%的硫酸钠溶液中，混凝土试块时刻处于干湿状态下，但上方一直处于干燥状态，所以有泛碱现象产生，此种方法可以反映混凝土的泛碱性能。
（2）通过泛碱量折线图可以看出，水胶比小的配合比方案，其泛碱量较小，这是由于水胶比越小，混凝土成型后空隙越少，混凝土越发密实，抗泛碱性能也随之提高。因此，在实际抗泛碱混凝土设计中，应严格限制混凝土最大水胶比。
（3）从掺合料方面看，粉煤灰、矿粉、硅灰的加入，混凝土泛碱量不同程度地减小，一定范围内，且掺入掺合料越多，其泛碱量越小。可见，用部分掺合料代替水泥，既节约了水泥，又可以改善混凝土的抗泛碱性能。
（4）对比三种掺合料的效果，对比方案7、8、9，硅灰抗泛碱性能更为显著，因此在抗泛碱混凝土配合比设计时考虑适当提高硅灰的比重。
（5）低水灰比方案中，对比方案2相对方案1，泛碱量减小23.6%，方案3相对方案2，泛碱量减小33.08%，泛碱量已下降明显，三掺掺合料对混凝土抗泛碱量性能提高较为明显。
4.2混凝土试块泛碱渗水高度试验
通过测量正面、背面、侧面的泛碱高度我们发现，正面、背面的泛碱高度离散型太大，并无规律可循，这可能是由于混凝土试件在制作过程中出现的差异所致，因此，为了更好得反应试验的真实准确性，我们以侧面的泛碱高度为代表来说明问题。渗水高度试验及试块侧面渗水高度见图3。
分析图4渗水高度数据得到如下结论：
（1）水胶比小的配合比方案其渗水高度较小，可以发现，掺入硅灰较多的配合比其渗水高度也较小，如配合比8中，由于掺入10%的硅灰，其渗水高度明显小于相同水胶比下的配合比7、9，可以看出，硅灰对于改变混凝土的致密性有很大的影响，这与前面泛碱量得出的结论一致。
（2）对比方案1、2、3，随着掺合料的提高，渗水高度呈线性下降，方案3较方案1泛碱高度净43.75%，与硫酸钠半浸泡试验结果相当。
4.3高性能混凝土配制及评价
4.3.1高性能混凝土配制
由前面试验结果及分析可知，掺入活性掺合料一定程度上抑制了泛碱的产生，在此基础上配制抗泛碱高性能混凝土：采用三掺粉煤灰、矿粉和硅灰，并且配合抗腐蚀防泛碱复合型外加剂制备低水胶比的高性能混凝土，配合比见表5。该高性能混凝土Ｗ／Ｂ＝0.33，Ｂ＝430Kｇ／M3。为方便方案对比，将此抗泛碱高性能混凝土配置命名为方案10。
4.3.2高性能混凝土性能评价
为了更好地评价高性能混凝土抗泛碱性能，首先对比普通混凝土和高性能混凝土外观形态图，图5和图6分别为方案1和方案10试件第60d的外观形态。
对比图5、图6，可以看出，方案1普通混凝土泛碱产物较方案10多，方案1泛碱形态呈绒毛状，方案10
混凝土泛碱状态呈片状。这主要是由于活性掺合料的加入，改善了混凝土内部的空隙结构，使结构更为密实，在与空气接触部位混凝土泛碱呈片状。图7、图8为第365d试件外观形态。
由图7、图8可知，方案1普通混凝土经历一年的半浸泡干湿交替实验，试件被硫酸盐腐蚀至完全破坏，但方案10高性能混凝土试块保持完好，仅在泛碱物出现的表面出现剥蚀。普通混凝土与高性能混凝土泛碱量随时间变化见图9。
由图9可以看出，高性能混凝土较普通混凝土实际泛碱量均下降，7d、14d、21d泛碱量下降26.06%、29.12%、32.91%；而且，随时间的积累，泛碱量下降更明显。由此可知，高性能混凝土后期抗泛碱效果更为明显，效果理想。
（1）本文对于混凝土防泛碱性能的研究，试验方法采用正交实验法，同时考虑了水灰比、粉煤灰、矿渣、硅灰的四因素三水平试验，考虑因素较为全面；
（2）本文采用干湿交替的方法模拟变电站基础实际环境，并运用了硫酸钠溶液半浸泡试验和渗水高度试验测定了混凝土防的防泛碱性能，两种方法均可反映混凝土的防泛碱性能；
（3）现有的规范并未规定对于混凝土泛碱的试验规范，本实验用半浸泡的试验方法和泛碱渗水高度研究泛碱，达到了理想的效果；
（4）水灰比、粉煤灰、矿渣、硅灰四因素对混凝土防泛碱影响来看，可以得出：水胶比越小，防泛碱能力越强；粉煤灰、矿渣、硅灰都可以不同程度提高混凝土防泛碱能力；硅灰对提高混凝土抗泛碱性能提高最为显著。因此，在抗泛碱混凝土配合比设计中，应限制混凝土最大水胶比，同时提高硅灰的比重；
