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潮汐變化遭受海水沖刷及荷載影響，環境條件惡劣，海水中游離硫酸根離子SO42-和Cl-等腐蝕性離子含量偏多。為滿足標準要求并保證設計使用壽命，根據項目建設標準要求，海工耐久混凝土以耐久性為基礎，特點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，并通過制作上的嚴格質量控制，使其達到在海洋環境中具有良好的工作性、均勻性、密實性和體積穩定性。

【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】TV43 【文獻標志碼】A 【文章編號】1673-1069（2019）03-0186-02

1 引言

近海段抗腐蝕海工混凝土的試驗研究，在參考歐洲標準要求的過程中，通過采用大摻量粉煤灰和微硅粉雙摻技術，摻用高效緩凝減水劑及高抗硫酸鹽外加劑等輔助材料，生產出高性能海工混凝土。

2 環境等級分析

近海段海洋環境的特殊性，使暴露在海洋中的鋼筋混凝土構筑物，受到海水腐蝕及環境等級、氣候條件、海潮壓力等因素的影響下，僅幾年就會出現明顯的混凝土剝蝕、開裂及鋼筋銹蝕等現象。本文結合安哥拉國家旅游區近海段施工的特殊情況，按照歐洲設計規范及技術要求，對海工混凝土進行了試驗研究。環境條件惡劣、保護層不足、硫酸根離子和氯離子滲透導致的鋼筋銹蝕是混凝土結構破壞的最主要原因。

3 近海段鋼筋混凝土的海水腐蝕機理

3.1 海水成分分析

委托安哥拉國家試驗室進行了近海段地下水及海水試驗分析，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-超標嚴重，影響海工混凝土結構壽命的主要因素有：結構的保護層厚度和腐蝕性硫酸根離子、氯離子的滲透系數。這也是在施工過程需重點控制的。

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-）共存并競相被吸附時，Cl-具有優先被吸附的趨勢，鋼筋鈍化層表面附近被Cl-局部酸化，使鋼筋表面陽極電解液的pH值被局部降低，當混凝土液相中氯離子含量超過0.6倍的OH-濃度時，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，產生鈣礬石，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，形成結晶石膏，也會引起混凝土的膨脹與開裂[1]。

4 試驗研究材料

4.1 細集料

細集料選用級配良好、顆粒堅硬、強度高、耐風化的中粗河砂。

4.2粗集料

粗集料應采用符合交通部標準JTJ 275—2000《海港工程混凝土結構防腐蝕技術規范》[2]的規定及其他相關技術規范要求。

4.3 水泥

配制高性能海工耐久混凝土不得使用立窯水泥，應避免使用早強、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、磨細的各種礦物摻合料，其主要特征是磨細礦物材料，細度比水泥顆粒小，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。作為超細填料，補充由于粗細骨料在骨架填充過程中，引起的空隙，并起到膠結作用。

4.5 水

混凝土拌合用水易采用飲用水，并應符合JTJ 041—2000《公路橋涵施工技術規范》[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25%，大流動性坍落度為250mm，1h坍落度經時損失≤20mm，屬無氯低堿型產品。

4.7 高抗硫酸鹽外加劑GN

①GN混凝土防鹽蝕劑經中國國家建材監督檢測中心2008-2013年連續多年抽檢抗腐蝕系數（K值），一直保持在112%～115%，優于其他防腐劑（90%～100%水平）的10個百分點以上。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 提高密實性

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

5.2 材料組成的優化

材料的組成與結構決定其性能，優化混凝土配合比組成可以改善水化物的物相和結構[4]。

①引入粉煤灰、硅粉等工業副生成材料。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能夠發生水化反應，提高Cl-的化學固化，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，提高少害孔和無害孔的比例，增加混凝土的密實性。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。通過降低水灰比，提高混凝土的密實性和耐久性。

6 結論

本文通過從原材料方面配伍，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成本，有利于海工高性能混凝土的推廣應用。隨著建筑技術的不斷更新改進，高性能海工混凝土必將是未來混凝土技術發展的方向。

【參考文獻】

【1】GB/T 14684—2011 建筑用砂[S].

【2】JTJ 275—2000 海港工程混凝土結構防腐蝕技術規范[S].

【3】JTJ 041—2000 公路橋涵施工技術規范[S].

【4】GB 8076—2008 混凝土外加劑[S].