低Cl-滲透抗腐蝕混凝土的配制與應用

高芳勝，尤立峰

（深圳市安托山混凝土有限公司，深圳 518040）

1 前言

混凝土是工程中用量最多的建筑材料，鋼筋混凝土結構結合了鋼筋與混凝土的優點，造價較低，是世界上應用最為廣泛的結構形式。然而許多國家都面臨著混凝土結構提前失效或早期損壞的問題，其原因部分是由于結構設計的抗力不足造成的，有的是由于使用荷載的不利變化引起的，但更多的是由于結構耐久性不足導致的。特別是沿海及近海地區的混凝土結構，由于海洋環境對混凝土的腐蝕，導致鋼筋銹蝕而使結構發生早期損壞，喪失了結構的耐久性能。我國東南沿海有著綿長的海岸線，內陸還有大片的鹽漬地區，據統計，在這些地區每年國家因混凝土及鋼筋腐蝕所造成的經濟損失以億元計，嚴重影響了我國的經濟發展和現代化建設進程。我國正處于經濟高速發展時期，許多耗資巨大的重要建筑，如跨海大橋、大壩、沿海地區地下工程等，已經或即將開工建設，這些在海洋、鹽漬土壤等環境條件下混凝土結構的耐久性自然成為土木工程界關注的焦點。為此，設計低Cl-滲透抗腐蝕混凝土，并在海岸工程(如港口、跨海大橋等)和離岸工程(如大型深水碼頭等)中使用便非常重要。

2 混凝土配合比設計思路和原材料選擇

2.1 設計思路

通過摻加一種或多種礦物摻合料來增強混凝土的抗Cl-滲透性能，從而提高混凝土的抗腐蝕性能達到混凝土的耐久性要求。試驗主要依據 《海港工程混凝土結構防腐蝕技術規范》JTJ275-2000以及相關的國家標準、規范。

2.2 原材料選用

2.2.1 水泥

通過對質量穩定的小野田、華潤、魚峰、粵秀等多種水泥進行試驗，綜合對比各種水泥對外加劑的適應性、標準稠度、和易性和強度發展特性等試驗結果，選用日本進口的小野田P·O42.5級水泥，其有關性能指標如表1所示。

2.2.2 河砂

深圳地區的建筑用河砂主要來源為東莞和肇慶。東莞河砂均取自珠江入海口，顆粒級配比較穩定，但含泥量和泥塊含量波動較大，氯離子含量比較高。肇慶河砂取自西江內河，不含氯離子。選用肇慶河砂，其性能指標如表2所示。

表1 水泥性能指標

表2 混合砂性能指標

2.2.3 石子

選用安托山石場的5～25mm碎石。該石場的石子級配比較好，石子沒有潛在堿活性反應，其性能指標如表3所示。

2.2.4 粉煤灰

選用Ⅰ級粉煤灰，利用粉煤灰特殊的物理化學作用，改善混凝土的抗腐蝕能力，提高混凝土的密實性。根據以往的試驗數據和工程要求,決定選用媽灣電廠的Ⅰ級粉煤灰，其性能指標如表4所示。

表3 石子性能指標

表4 I級粉煤灰性能指標 %

2.2.5 外加劑

選用我單位生產的ATS-SP1緩凝高效減水劑。其檢驗結果表5所示。

2.2.6 礦渣粉

表5 減水劑檢驗結果

選用韶關鋼鐵公司的S95級礦渣粉，其性能指標如表6所示。

表6 S95級礦粉性能指標

2.2.7 膨脹劑

選用北京中巖的ZY型高性能膨脹劑。

3 低Cl-滲透抗腐蝕混凝土的配制

根據氯離子對混凝土的侵蝕機理，通過前期的一些試配工作，篩選出的混凝土試驗配合比見表7。

表7 試驗配合比 (材料用量 kg/m3 )

相應試配混凝土的工作性能和性能檢測結果見表8及圖1。

表8 混凝土的工作性能和檢測結果

試驗結果表明，摻用摻合料能夠顯著提高混凝土的抗氯離子滲透性能。單摻一種礦物摻合料，對提高混凝土抗氯離子性能作用從大到小依次是膨脹劑、礦渣粉、粉煤灰；摻兩種礦物摻合料，膨脹劑和礦渣粉一起使用效果最好，膨脹劑和粉煤灰次之。同時摻膨脹劑、粉煤灰和礦渣粉的效果最好，由于膨脹劑的價格比較高，從經濟性考慮，建議摻優質的粉煤灰和礦渣粉，這兩種摻合料同時摻入基本能夠配制出6小時電通量小于1000C的混凝土。礦物摻合料的摻入改善了水化產物的微觀結構和組成比例，明顯提高了混凝土的抗氯離子滲透性能。由于礦物摻合料有填充效應，使混凝土結構更加密實，大大降低了混凝土的孔隙率，減少了氯離子滲透的通道，從而提升了混凝土的耐久性。因此選用優質的礦物摻合料不失為配制高抗氯離子滲透能力混凝土的有效途徑。

表9 配合比

表10 檢測結果

4 工程應用

4.1 工程概況

廣深港客運專線起于新廣州站、途徑東莞市、深圳市、終于香港西九龍站，是國家鐵路“四縱四橫”客運專線的重要組成部分。高速鐵路列車時速可達每小時350公里。其中位于深圳市的廣深港客運專線福田站暨綜合交通樞紐工程，位于西起新洲路、東至金田路、北至福中路、南至福華路城市核心區域，總建筑面積約22萬m2,總投資約70億元。將在2011年6月建成并投入使用。它是集高速鐵路、城際鐵路、地鐵、公交以及出租車站等多種交通設施于一體的綜合交通樞紐工程。車站總長1024m，寬78m，共設8線4站臺，為地下三層站，地下埋深30米以下。地下一層為換乘大廳、地下二層站廳層、地下三層為站臺層。設計使用年限100年。

4.2 工程指標要求

結構主體混凝土的主要技術指標要求為：強度等級：C40P12；坍落度：160～200mm；56d齡期的混凝土試件的電通量 （抗Cl-滲透性能）：＜1000C；膠凝材料抗腐蝕系數＞0.85。

4.3 混凝土配合比

如表9。

4.4 檢驗結果

如表10。

從檢測結果看，所配制混凝土56d齡期的電通量及膠凝材料抗腐蝕系數均滿足工程的設計要求。

5 結論

在混凝土中摻入一定量的摻合料如粉煤灰、礦渣粉、膨脹劑等都能有效的增強混凝土的抗氯離子滲透性能，使混凝土具有更好的耐久性。一般泵送混凝土都摻有粉煤灰，只要再摻入一定比例的礦渣粉就能配制出6小時電通量小于1000C的混凝土，如再摻入膨脹劑效果會更好。