沿海地區(qū)混凝土耐久性研究

唐 華，陳建英

(1.湖南省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院，湖南長沙 410008;2.中南林業(yè)科技大學(xué)土木工程與力學(xué)學(xué)院，湖南長沙 410004)

目前，我國正大力加強(qiáng)對基礎(chǔ)設(shè)施的投資力度，土木工程正面臨著前所未有的發(fā)展機(jī)遇。然而，由于混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部和外部有害物質(zhì)的侵蝕，使得其耐久性降低，使用壽命往往不能像人們預(yù)料的那樣長。因而如何總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，防止結(jié)構(gòu)正常使用狀態(tài)下的“早衰”現(xiàn)象，已成為避免投資浪費(fèi)的重要問題。沿海地區(qū)混凝土結(jié)構(gòu)因長期暴露在海洋和嚴(yán)酷環(huán)境中，受外部介質(zhì)的侵蝕作用明顯，其結(jié)構(gòu)耐久性問題尤為突出。因此，研究如何提高混凝土的抗侵蝕性便成為保證混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的重要途徑。本文通過試驗(yàn)，發(fā)展防腐阻銹新技術(shù)，將WRM型防腐劑運(yùn)用于混凝土的抗侵蝕技術(shù)，并與一般抗侵蝕混凝土進(jìn)行試驗(yàn)比較，結(jié)果表明，本文所研究的抗侵蝕混凝土較一般抗侵蝕混凝土費(fèi)用經(jīng)濟(jì)、施工方便，能有效提高沿海地區(qū)的混凝土結(jié)構(gòu)物的耐久性。

1 混凝土結(jié)構(gòu)物耐久性影響因素及解決途徑

1.1 影響因素

沿海地區(qū)混凝土結(jié)構(gòu)物受到海洋環(huán)境中諸多物理、化學(xué)因素的作用，導(dǎo)致鋼筋過早銹蝕，混凝土耐久性降低。橋梁工程結(jié)構(gòu)鋼筋銹蝕的主要原因大致有如下幾點(diǎn):

1)混凝土配合比不當(dāng)。施工單位為方便施工，通常以增大水灰比的方式減小施工難度，導(dǎo)致骨料間密實(shí)性差，減弱了混凝土的抗?jié)B性能，從而降低其耐久性。

2)混凝土的碳化。新建混凝土呈高堿性，使埋置鋼筋迅速鈍化，阻止銹蝕，而空氣中的二氧化碳或酸雨與混凝土中的氫氧化鈣和水泥中的水化物起反應(yīng)，使混凝土堿性降低。當(dāng)混凝土的碳化發(fā)展到鋼筋時(shí)，鋼筋開始銹蝕，影響混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性。

3)氯離子的侵蝕。氯離子是一種鋼筋活化劑，它會破壞鋼筋鈍化膜，導(dǎo)致鋼筋生銹。因此氯離子是威脅鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性最危險(xiǎn)的物質(zhì)。

4)堿—集料反應(yīng)。堿—集料反應(yīng)生成堿—硅酸鹽凝膠，吸水膨脹會導(dǎo)致混凝土開裂破壞，海水中這種反應(yīng)造成的膨脹更加強(qiáng)烈。

1.2 本文所研究的解決途徑

由混凝土結(jié)構(gòu)物的耐久性影響因素可見，在工程實(shí)施中如何提高混凝土的抗侵蝕性便成為防止鋼筋銹蝕、保證混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的重要途徑。

目前，一般抗侵蝕混凝土的配制措施主要從摻加優(yōu)質(zhì)活性礦物摻合料和高性能減水劑等綜合技術(shù)措施入手。而包括兩種和兩種以上的活性礦物摻合料和數(shù)種外加劑在內(nèi)的多組分的混凝土配合比設(shè)計(jì)思想難以在實(shí)際工程中貫徹，原材料的復(fù)雜多樣性更增加了現(xiàn)場攪拌或集中攪拌時(shí)原材料儲存、稱量和攪拌、質(zhì)量控制時(shí)的實(shí)際困難。因此，混凝土原材料多樣性和配比中多組分的組合給高性能的抗侵蝕混凝土的原材料采購、質(zhì)量控制、實(shí)際配制和施工等方面均帶來很大的技術(shù)難題。

針對一般抗侵蝕混凝土的主要問題，本文研究摻加了WRM型防腐劑的抗侵蝕混凝土的主要施工工藝和力學(xué)性能，并通過試驗(yàn)將其與一般抗侵蝕混凝土進(jìn)行對比，試驗(yàn)結(jié)果表明，WRM型防腐劑能成功地運(yùn)用于抗侵蝕混凝土中提高混凝土耐久性，從而為實(shí)際施工提供理論指導(dǎo)。

2 試驗(yàn)方案

WRM型多功能高效防腐劑是新一代混凝土防腐蝕專用外加劑。不僅具有減水增強(qiáng)效果好、凝結(jié)時(shí)間適中、保塑性好等特點(diǎn)，最重要的性能是能大幅度降低混凝土的滲透系數(shù)，提高混凝土的密實(shí)性，使外界有害離子難以進(jìn)入混凝土中，利用WRM型多功能高效防腐劑中的化學(xué)物質(zhì)調(diào)節(jié)或穩(wěn)定水泥水化產(chǎn)物的平衡以減少或防止有害離子的侵蝕性反應(yīng)。從而有效提高混凝土的自身防腐性能，提高混凝土的耐久性。

2.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)采用海島牌42.5#普通硅酸鹽水泥;粗骨料采用碎石，粒徑5～25 mm;細(xì)骨料采用細(xì)度模數(shù)2.8的中砂;外加劑為硅粉防腐劑、高效減水劑UNF—3B、WRM型高效防腐劑。

2.2 試驗(yàn)用混凝土配合比

試驗(yàn)對比考察了C30系列抗侵蝕混凝土與普通混凝土的性能，其編號分別為普通混凝土(基準(zhǔn)組)的30 J組，摻加WRM型高效防腐劑的30Ⅰ組，一般抗侵蝕混凝土(摻加硅粉復(fù)合防腐劑及高效減水劑)的30Ⅱ組，混凝土配合比見表1。

表1 混凝土配合比

3 試驗(yàn)結(jié)果分析

3.1 新拌混凝土性能

由表2可見，30Ⅰ組、30Ⅱ組的坍落度、粘聚性、保水性等方面性能比30 J的好;30Ⅰ組的坍落度、粘聚性、保水性等方面性能比30Ⅱ的好。

表2 新拌混凝土性能

3.2 混凝土抗壓強(qiáng)度發(fā)展趨勢

表3表明了在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下，相對普通混凝土30 J和一般抗侵蝕混凝土30Ⅱ而言，摻有WRM型高效防腐劑的抗侵蝕混凝土的早期抗壓強(qiáng)度較低，28 d抗壓強(qiáng)度則基本相當(dāng)，而后期強(qiáng)度較高。

表3 混凝土抗壓強(qiáng)度發(fā)展趨勢 MPa

3.3 混凝土其它力學(xué)性能

根據(jù)表4，可知摻入WRM高性能防腐劑的抗侵蝕混凝土其常規(guī)力學(xué)性能與基準(zhǔn)混凝土相當(dāng)。

3.4 收縮變形性能

比較抗侵蝕混凝土和普通混凝土的收縮變形性能，如圖1所示。

表4 混凝土其它力學(xué)性能

圖1 C30系列混凝土收縮變形性能

由圖1可知，較基準(zhǔn)混凝土，抗侵蝕混凝土的收縮發(fā)展趨勢基本相同，但其收縮量要小。

3.5 混凝土常規(guī)耐久性能

比較抗侵蝕混凝土和普通混凝土在抗碳化、抗?jié)B和抗凍性能的不同，試驗(yàn)結(jié)果見表5。

表5中的數(shù)據(jù)表明，抗侵蝕混凝土的抗碳化、抗?jié)B和抗凍性能均較基準(zhǔn)混凝土有不同程度的提高，尤其是抗侵蝕混凝土抗?jié)B能力的改善十分明顯;且Ⅰ型抗侵蝕混凝土較Ⅱ型抗侵蝕混凝土抗碳化、抗?jié)B和抗凍性能更好。

通過以上試驗(yàn)表明，摻入WRM型高效防腐劑的Ⅰ型抗侵蝕混凝土試組能夠滿足混凝土防侵蝕的各項(xiàng)指標(biāo)要求，且較一般的抗侵蝕混凝土組Ⅱ型的坍落度、粘聚性、保水性以及抗碳化、抗?jié)B和抗凍性能要更好。同時(shí)，對比Ⅰ型、Ⅱ型配合比方案，可知摻入WRM型高效防腐劑的Ⅰ型抗侵蝕混凝土不僅施工工藝操作更簡單，而且更經(jīng)濟(jì)。

表5 混凝土的碳化、滲透和抗凍性能

4 結(jié)論

在混凝土中摻用WRM型高效防腐劑不但能改善混凝土工作性能、力學(xué)性能，更重要的是提高了混凝土的耐久性能及長期性，延長了結(jié)構(gòu)的使用壽命，降低了工程年度成本、節(jié)約了能源與資源，保護(hù)了環(huán)境，具有巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

［1］JGJ 55-2000，普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程［S］.

［2］GB 50119-2003，混凝土外加劑應(yīng)用技術(shù)規(guī)范［S］.

［3］仲愛寶.沿海地區(qū)公路橋梁工程結(jié)構(gòu)銹蝕及防護(hù)［J］.國外公路，2001(3):32-34.

［4］張維奇，桂國慶，徐遠(yuǎn)安.鋼筋混凝土中鹽化物對鋼筋銹蝕危害分析及處理方法［J］.南昌大學(xué)學(xué)報(bào)(工科版)，2001(1):44-47.