近海段海工混凝土的研究

徐建浩

【摘 要】濱海段混凝土隨季節(jié)潮汐變化遭受海水沖刷及荷載影響，環(huán)境條件惡劣，海水中游離硫酸根離子SO42-和Cl-等腐蝕性離子含量偏多。為滿足標(biāo)準(zhǔn)要求并保證設(shè)計(jì)使用壽命，根據(jù)項(xiàng)目建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)要求，海工耐久混凝土以耐久性為基礎(chǔ)，特點(diǎn)是摻加合格的礦物摻和料和高效減水劑、抗硫酸鹽、抗氯離子外加劑，從而取用較低的水膠比和較少的水泥用量，并通過(guò)制作上的嚴(yán)格質(zhì)量控制，使其達(dá)到在海洋環(huán)境中具有良好的工作性、均勻性、密實(shí)性和體積穩(wěn)定性。

【Abstract】The concrete in the coastal section is affected by seawater erosion and load along with seasonal tidal changes. The environmental conditions are harsh， and the content of free sulfate ions of SO42- and Cl- and other corrosive ions， such as Cl-， in seawater are relatively high. In order to meet the standard requirements and ensure the designed service life， and according to the project construction standard requirements， marine durable concrete takes the durability as the basis， and it is characterized by the addition of qualified mineral admixtures and superplasticizers， sulfate resistance and chloride ion resistance additives， so as to obtain lower water-cement ratio and less cement consumption. And then， through strict quality control in production， it can achieve good workability， uniformity， compactness and volume stability in marine environment.

.【關(guān)鍵詞】抗硫酸鹽；氯離子；海工混凝土

【Keywords】sulfate resistance； chloridion； marine concrete

【中圖分類號(hào)】TV43 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A 【文章編號(hào)】1673-1069（2019）03-0186-02

1 引言

近海段抗腐蝕海工混凝土的試驗(yàn)研究，在參考?xì)W洲標(biāo)準(zhǔn)要求的過(guò)程中，通過(guò)采用大摻量粉煤灰和微硅粉雙摻技術(shù)，摻用高效緩凝減水劑及高抗硫酸鹽外加劑等輔助材料，生產(chǎn)出高性能海工混凝土。

2 環(huán)境等級(jí)分析

近海段海洋環(huán)境的特殊性，使暴露在海洋中的鋼筋混凝土構(gòu)筑物，受到海水腐蝕及環(huán)境等級(jí)、氣候條件、海潮壓力等因素的影響下，僅幾年就會(huì)出現(xiàn)明顯的混凝土剝蝕、開裂及鋼筋銹蝕等現(xiàn)象。本文結(jié)合安哥拉國(guó)家旅游區(qū)近海段施工的特殊情況，按照歐洲設(shè)計(jì)規(guī)范及技術(shù)要求，對(duì)海工混凝土進(jìn)行了試驗(yàn)研究。環(huán)境條件惡劣、保護(hù)層不足、硫酸根離子和氯離子滲透導(dǎo)致的鋼筋銹蝕是混凝土結(jié)構(gòu)破壞的最主要原因。

3 近海段鋼筋混凝土的海水腐蝕機(jī)理

3.1 海水成分分析

委托安哥拉國(guó)家試驗(yàn)室進(jìn)行了近海段地下水及海水試驗(yàn)分析，近海段及海水中主要成分氯化物、硫酸鹽及一些不溶物，其中SO42-、Cl-超標(biāo)嚴(yán)重，影響海工混凝土結(jié)構(gòu)壽命的主要因素有：結(jié)構(gòu)的保護(hù)層厚度和腐蝕性硫酸根離子、氯離子的滲透系數(shù)。這也是在施工過(guò)程需重點(diǎn)控制的。

3.2 氯離子、硫酸鹽侵蝕

鋼筋鈍化膜的形成：氯離子（Cl-）與其他陰離子（如OH-、O2-）共存并競(jìng)相被吸附時(shí)，Cl-具有優(yōu)先被吸附的趨勢(shì)，鋼筋鈍化層表面附近被Cl-局部酸化，使鋼筋表面陽(yáng)極電解液的pH值被局部降低，當(dāng)混凝土液相中氯離子含量超過(guò)0.6倍的OH-濃度時(shí)，鋼筋的鈍化膜將被溶解。

水泥水化物中的CH（Ca（OH）2）和C3AH是最容易受硫酸鹽離子腐蝕的，混凝土與硫酸鹽溶液接觸時(shí)，產(chǎn)生鈣礬石，造成混凝土膨脹。除此以外，硫酸鈉、硫酸鎂溶液與CH和CSH水化凝膠反應(yīng)，形成結(jié)晶石膏，也會(huì)引起混凝土的膨脹與開裂[1]。

4 試驗(yàn)研究材料

4.1 細(xì)集料

細(xì)集料選用級(jí)配良好、顆粒堅(jiān)硬、強(qiáng)度高、耐風(fēng)化的中粗河砂。

4.2粗集料

粗集料應(yīng)采用符合交通部標(biāo)準(zhǔn)JTJ 275—2000《海港工程混凝土結(jié)構(gòu)防腐蝕技術(shù)規(guī)范》[2]的規(guī)定及其他相關(guān)技術(shù)規(guī)范要求。

4.3 水泥

配制高性能海工耐久混凝土不得使用立窯水泥，應(yīng)避免使用早強(qiáng)、水化熱較高和高C3A含量的水泥。

4.4 礦物摻合料

用于改善混凝土耐久性能而加入的、磨細(xì)的各種礦物摻合料，其主要特征是磨細(xì)礦物材料，細(xì)度比水泥顆粒小，主要用于改善混凝土的耐久性和工作性。

①粉煤灰。用于水泥和混凝土中的粉煤灰是指電廠粉煤爐煙道氣體中收集的粉末。②硅粉。作為超細(xì)填料，補(bǔ)充由于粗細(xì)骨料在骨架填充過(guò)程中，引起的空隙，并起到膠結(jié)作用。

4.5 水

混凝土拌合用水易采用飲用水，并應(yīng)符合JTJ 041—2000《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》[3]的要求，不得采用海水。

4.6 高效減水劑

MNC-P型泵送劑可滿足0～40℃氣溫下的泵送混凝土施工要求，垂直泵送≥100m，水平泵送≥500m，減水率達(dá)25%，大流動(dòng)性坍落度為250mm，1h坍落度經(jīng)時(shí)損失≤20mm，屬無(wú)氯低堿型產(chǎn)品。

4.7 高抗硫酸鹽外加劑GN

①GN混凝土防鹽蝕劑經(jīng)中國(guó)國(guó)家建材監(jiān)督檢測(cè)中心2008-2013年連續(xù)多年抽檢抗腐蝕系數(shù)（K值），一直保持在112%～115%，優(yōu)于其他防腐劑（90%～100%水平）的10個(gè)百分點(diǎn)以上。②每立方米防鹽蝕混凝土最多只需摻加GN防鹽蝕劑12kg。

5 海工混凝土耐久性考慮因素

5.1 提高密實(shí)性

減少混凝土內(nèi)部孔隙數(shù)量，提高混凝土的密實(shí)性，可以有效阻斷外部侵蝕離子（主要為Cl-、SO42-、Mg2+、Na+等）進(jìn)入混凝土內(nèi)部的通道，從而提高混凝土的耐久性。

5.2 材料組成的優(yōu)化

材料的組成與結(jié)構(gòu)決定其性能，優(yōu)化混凝土配合比組成可以改善水化物的物相和結(jié)構(gòu)[4]。

①引入粉煤灰、硅粉等工業(yè)副生成材料。粉煤灰中活性SiO2、活性Al2O3和f-CaO（游離氧化鈣）都是活性的有利成分，可以提高Cl-的物理吸附性能，含有較多Al2O3能夠發(fā)生水化反應(yīng)，提高Cl-的化學(xué)固化，降低混凝土中的自由Cl-，從而提高混凝土的抗鋼筋銹蝕性能。硅粉中主要成分為SiO2，其含量越高微硅粉的性能越高，降低孔隙率，提高少害孔和無(wú)害孔的比例，增加混凝土的密實(shí)性。降低混凝土的水化溫度以及由此引起的原始微裂縫等。

②摻加高性能外加劑。通過(guò)降低水灰比，提高混凝土的密實(shí)性和耐久性。

6 結(jié)論

本文通過(guò)從原材料方面配伍，其中摻加了礦粉和粉煤灰的高性能混凝土，既改善了混凝土的性能，又降低了混凝土的生產(chǎn)成本，有利于海工高性能混凝土的推廣應(yīng)用。隨著建筑技術(shù)的不斷更新改進(jìn)，高性能海工混凝土必將是未來(lái)混凝土技術(shù)發(fā)展的方向。

【參考文獻(xiàn)】

【1】GB/T 14684—2011 建筑用砂[S].

【2】JTJ 275—2000 海港工程混凝土結(jié)構(gòu)防腐蝕技術(shù)規(guī)范[S].

【3】JTJ 041—2000 公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范[S].

【4】GB 8076—2008 混凝土外加劑[S].