濱海火電廠砼結(jié)構(gòu)防腐配合比設(shè)計思路

劉清瑞

【摘要】濱海火電廠砼結(jié)構(gòu)受海水侵蝕，結(jié)構(gòu)耐久性、穩(wěn)定性受到很大影響。本文從印尼明古魯2×100MW燃煤電站砼配合比設(shè)計入手，研究如何提高砼自身的抗腐蝕能力，保證結(jié)構(gòu)安全和使用年限。

【關(guān)鍵詞】濱海砼結(jié)構(gòu) 防腐配合比 設(shè)計思路

1工程概況

印尼明古魯2×100MW燃煤電站位于蘇門答臘島明古魯市東南方向15km。本廠建構(gòu)筑物地下為鋼筋混凝土基礎(chǔ)，地上為鋼結(jié)構(gòu)。

地質(zhì)勘測顯示廠區(qū)地下水主要為孔隙潛水，水量豐富，雨季地下水埋深0～1.2m;廠區(qū)東西兩面鄰海，距印度洋200m，上部地層為粉細砂層，地下水與海水貫通。

研究表明在海水或類海水的環(huán)境下，主要由SO42-、Cl-對砼造成侵蝕。SO42-進入砼內(nèi)部，與水泥固相發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成難溶的礦物鹽類，然后吸收大量的水，體積膨脹破壞混凝土;Cl-通過擴散、毛細管、滲透等方式進入混凝土內(nèi)部達到鋼筋表面，造成鋼筋銹蝕。

Mehta在1991年“第二屆混凝土耐久性國際學(xué)術(shù)會”指出：鋼筋腐蝕是砼結(jié)構(gòu)耐久性降低甚至破壞的首要原因。

本廠的取水泵房和箱涵、碼頭處于海水直接腐蝕環(huán)境中，其他建構(gòu)筑物地下基礎(chǔ)也在近似海水的土體中。

水質(zhì)報告顯示Cl-含量為17649.92 mg/L，SO42-含量為2778.17mg/L，根據(jù)巖土規(guī)范[[]《巖土工程勘察規(guī)范》GB50021-2001（2009年版）]“表12.2.1按環(huán)境類型水和土對混凝土腐蝕性評價”，廠址環(huán)境類型屬Ⅱ類，干濕交替環(huán)境有強腐蝕性。根據(jù)混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計規(guī)范[[]《混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計規(guī)范》GBT50476-2008 ] “表 6.2.1海洋氯化物環(huán)境的作用等級”，該廠址環(huán)境等級等同于III-C類;根據(jù)第6.1.1條規(guī)定“氯化物環(huán)境中配筋混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性設(shè)計，應(yīng)控制氯離子引起的鋼筋銹蝕”。

2.配合比設(shè)計

2.1相關(guān)文獻成果

砼腐蝕過程中，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)均經(jīng)歷一個先由于腐蝕產(chǎn)物的填充作用而逐漸密實再過渡到由于腐蝕產(chǎn)物繼續(xù)產(chǎn)生和膨脹，使密實度逐漸降低，最后發(fā)展為結(jié)構(gòu)破壞的過程[[]? 李樹忱，張峰，祝金鵬.海水侵蝕環(huán)境下混凝土力學(xué)性能劣化試驗[J].公路交通科技，200912，第26卷12期：38]。

摻加礦粉等摻合料的混凝土耐受硫酸鹽、鹽酸、宏觀腐蝕能力遠遠高于普通混凝土[[]蔡良才，付亞偉，吳永根，等.無機聚合物混凝土的腐蝕耐久性能研究[J]. 混凝土，2011，256（2）：38.]。

礦渣粉的摻量百分比對砼抗氯離子滲透性的改善效果最為顯著，還對砼的工作性能、強度和抗?jié)B透性的綜合性能影響顯著。氯離子侵入砼內(nèi)部引起鋼筋銹蝕膨脹，結(jié)構(gòu)產(chǎn)生微裂紋，為更多地侵蝕介質(zhì)提供滲透通道，是導(dǎo)致砼結(jié)構(gòu)耐久性失敗的關(guān)鍵原因之一[[]占寶劍，水中和，徐金.海水寢室環(huán)境下混凝土配合比的優(yōu)化設(shè)計[J].第七屆全國混凝土耐久性學(xué)術(shù)交流會論文集，2008：260]。

普通混凝土摻入粉煤灰、高爐礦渣等摻料，來提高混凝土在特定條件下所需要的特定性能，……低水灰比、高效減水劑以及高性能摻和料的使用，使得混凝土密實度相對提高以及水泥顆粒的解聚和粒徑范圍的擴大所獲得的良好的微觀結(jié)構(gòu)[[]王東暉.《杭州灣大橋混凝土結(jié)構(gòu)防腐方案構(gòu)思》.鐵道標準設(shè)計，2003 （5）]。

膠砂強度試驗結(jié)果表明，摻加礦物摻合料的膠材體系早期和后期膠砂強度均表現(xiàn)出比純水泥膠砂體系無可比擬的優(yōu)越性[[]聶法智，王天柱，李麗霞.混凝土后期強度評定的研究及應(yīng)用[J].粉煤灰綜合利用，2008（1）：40-42.]。

2.2配合比設(shè)計思路

砼的抗腐蝕能力有兩方面：砼內(nèi)部致密，無裂縫、麻面、孔洞等缺陷，不給海水滲入侵蝕的“可乘之路”;再就是給砼外面穿“防護服”，從外部阻斷海水侵蝕混凝土。

根據(jù)廠址所處環(huán)境和上述文獻的成果，本文從提高砼自身抗腐蝕性能入手，探討配合比設(shè)計思路。

砼配合比狹義上是指確定砼中各原材料的用量，以獲得特定性能砼的過程。廣義上講，綜合考慮建筑物結(jié)構(gòu)、原材料性能、施工工藝等因素，結(jié)合砼拌合物的性能，將配合比指標從抗壓強度為主轉(zhuǎn)變?yōu)槟途眯詾橹鳎ㄟ^礦物摻合料和外加劑的應(yīng)用，提高砼的性能要求。

首先添加抗硫酸鹽外加劑、礦粉。該種材料可以和海水中腐蝕砼的物質(zhì)結(jié)合，形成不溶性鹽類或者螯合物。還能擴散到砼內(nèi)部加強其致密性，阻止有害物質(zhì)滲透到砼內(nèi)部，提高防腐性能。另外，摻入具有活性的礦粉，減少水泥用量，能有效降低水化熱、防止溫度裂縫。

其次找到最佳水膠比。降低水膠比和塌落度、增加和易性都能增強砼的內(nèi)部致密性。低塌落度還能減少塑性變化產(chǎn)生裂縫的幾率。

第三根據(jù)上部結(jié)構(gòu)施工計劃，充分利用60天強度。

2.3材料選擇

選用材料：印尼產(chǎn)OPCⅡ型水泥、S95級礦渣微粉;當?shù)靥烊缓由啊⒙咽扑榈模?/2）和（2/3）2種碎石;山西華凱偉業(yè)HK-JS-1型高性能緩凝減水劑、HK-FH型抗硫酸鹽防侵蝕減水劑。

2.4配合比計算和試配

根據(jù)《普通混凝土配合比設(shè)計規(guī)程[[]《普通混凝土配合比設(shè)計規(guī)程 》JGJ55-2011] 》JGJ55-2011，進行配合比計算與試配。

1）對于環(huán)境等級III-C類砼最大水膠比（W/B）max=0.45，每個等級砼配合比采用3個水膠比，差值為0.05。

2）膠材用量按式計算： mb0=mw0/（W/B）。

其中：mb0為每立方砼中膠凝材料用量（kg/m3）

mw0為每立方砼用水量（kg/m3）

3） 粗骨料最大粒徑25mm，減水劑為膠凝材料用量的1.8%和1.7%。

4）根據(jù)骨料的技術(shù)指標、砼拌合物性能要求，根據(jù)施工和易性確定砼砂率βs值。

5）根據(jù)質(zhì)量法計算粗細骨料的用量，砼假定容重為2380kg/m3。

如表1、表2所示，通過摻加礦粉、防腐減水劑，利用60d強度等手段，水膠比為0.39，提高了砼的抗氯離子滲透性和抗腐蝕性能。

經(jīng)反復(fù)試驗，碼頭C40P8設(shè)計配合比為：

3結(jié)論

本文參照相關(guān)研究文獻，論述了配合比設(shè)計思路對砼自身抗腐蝕性能的重要性。

采用60d強度，施工配合比的水泥用量比計算量減少70kg/m3，砼水化熱得到有效控制，減少了溫度裂縫出現(xiàn)的幾率。為今后濱海砼結(jié)構(gòu)防腐提供了思路和案例。

砼防腐效果仍需長期監(jiān)測，以驗證實際防腐效果。