外加劑與礦物摻合料對鋼筋混凝土電桿防腐蝕性能的影響分析

唐占榮，葉海龍，康海平，李丹陽，薛守洪

（1.內蒙古電力（集團）有限責任公司巴彥淖爾電業局，巴彥淖爾 015000；2.內蒙古電力科學研究院，呼和浩特 010020）

1 引言

內蒙古西部地區地處河套平原腹地，土壤鹽堿化程度高，含有大量可溶性鹽，如硫酸鹽、氯化物等，而且冬季負溫持續時間長，極端天氣下凍融循環頻繁發生。在鹽類侵蝕和凍融循環的雙重作用下，該地區輸電用鋼筋混凝土電桿經常出現鋼筋銹蝕、混凝土開裂剝落的現象，尤其電桿表面出現裂縫時，腐蝕性介質進入結構內部會更加容易，腐蝕速率會隨鋼筋暴露面積增大而加快。

2 鋼筋混凝土電桿腐蝕原因分析

2.1 鹽類侵蝕

鋼筋混凝土電桿是由水泥、砂子、碎石、水、減水劑混合而成的混凝土與鋼筋或鋼絲制成的電桿，在使用過程中，土壤中硫酸根離子進入混凝土后與氫氧化鈣反應生成石膏，石膏與水化鋁酸鈣反應生成鈣礬石，鈣礬石的不斷形成會使混凝土內部產生應力，破壞微觀結構，進而導致混凝土開裂、機械強度下降。此外，氯離子在混凝土中以結合氯和游離氯2種形式存在，當氯離子穿過鈍化膜擴散到鋼筋表面時，鈍化膜逐漸被破壞，暴露出的鐵基體與鈍化膜構成腐蝕電池，發生電化學腐蝕反應導致鋼筋銹蝕。當硫酸根離子與氯離子同時存在時侵蝕機理較復雜，有研究者認為在混凝土開裂前，硫酸根離子與氯離子的擴散存在相互制約。潘從玲等[1]發現陽離子類型影響氯離子的存在形式，鉀離子、鈉離子會使部分結合氯被釋放，鎂離子、鈣離子會使結合氯增多。由此可知，鹽離子的擴散、吸附等行為與混凝土組分、配比、微觀結構及水泥水化過程有很強的相關性。

2.2 凍融循環破壞

當外界溫度變化引起水發生相變與遷移時，混凝土結構電桿在經歷凍融循環時不斷發生收縮與膨脹。在內部應力的持續作用下，微裂紋出現并發展為裂縫，混凝土結構受到不可逆損傷、耐久性下降。鹽類侵蝕與凍融循環共存時的腐蝕機理更為復雜，胡孔亮等[2]發現當凍融循環次數較少時，鋼筋在氯鹽作用下銹蝕，混凝土與鋼筋的黏結力增大，當凍融循環次數較多時，凍脹使結構損傷嚴重，黏結力隨氯鹽含量增多而下降。

3 鋼筋混凝土電桿防腐蝕國內外研究現狀分析

為了防止混凝土結構被腐蝕破壞，研究者們大多采用礦物摻合料提高材料抗滲性或向混凝土中摻入外加劑的方法來提高其耐久性。外加劑一般包括減水劑、引氣劑、早強劑、緩凝劑等。減水劑是最常用的化學外加劑，使用減水劑可以在減少用水量的同時保持水泥漿的坍落度基本不變，提高混凝土的密實度和可加工性。聚羧酸類減水劑因其減水性能較好而使用量較大，主要通過在粒子表面的吸附發揮作用，但由于其與不同粒子的吸附力不同，因此，可能出現與混凝土組分不相容的問題。

使用引氣劑是提高混凝土結構抗凍融性最有效的方法之一。引氣劑引入的氣泡可以緩沖凍融循環過程中混凝土結構收縮膨脹產生的應力并阻斷部分毛細管通路，抑制微裂縫產生，但是引氣劑的加入可能會影響混凝土結構的抗滲性。Eskandari等[3]發現引氣劑加入量不當會降低鋼筋混凝土結構的抗氯離子侵蝕性能。劉姓碩等[4]發現當凍融循環次數較少時，增加引氣劑含量不能改善混凝土的抗氯離子滲透性。因此，應合理引氣，使氣泡小而均勻，同時提高混凝土的抗凍融性與抗鹽類侵蝕性。

早強劑是一種通過調節水泥凝結和硬化速率來提高混凝土早期強度的外加劑，這種外加劑可以縮短工期，提高試模周轉率，在冬季搶修等需要加快工作進度的場合發揮重要作用。宋云連等[5]發現，摻加了早強劑的混凝土試模吸水率較低、抗凍系數和平均抗壓強度較高，而且早強劑含量越高效果越顯著，說明早強劑能夠在一定程度上提升混凝土材料的抗凍性能。

緩凝劑能夠延緩混凝土的凝結與硬化，避免因溫度應力而產生裂縫,提升混凝土的可加工性，金小磊等[6]以葡萄糖酸鈉作緩凝劑時發現當摻量過大時會使混凝土抗壓強度下降。

防凍劑可以通過增加鹽濃度來降低凝固點，并加快水泥中鋁酸三鈣和硫酸三鈣的水化速率，使強度較快增長，受凍結后混凝土結構的開裂與其微觀孔結構有很強的相關性。Wang等[7]發現當混凝土受凍結后孔隙率及平均孔徑增大、分形維數變小，說明混凝土密實度及抗滲性下降。

與此同時，研究者們發現向混凝土中摻加礦物摻合料也可以提高混凝土結構的耐久性，江濤等[8]發現適量摻入粉煤灰可以提高混凝土的致密性，增強其抗氯離子侵蝕能力，Kapoor等[9]發現硅粉和偏高嶺土均能夠抑制氯離子滲透，丁紅霞等[10]發現向混凝土中大量摻入礦渣可以提高材料的抗凍性能，馮勇等[11]發現用鋼渣部分替代混凝土中的骨料時可以提高混凝土結構抗硫酸鹽與鎂鹽侵蝕的性能，而且鋼渣粒徑越小效果越好。

在鋼筋混凝土電桿防腐蝕的問題上，綜合考慮認為應復合使用外加劑與礦物摻合料，提高材料抗凍融性能與抗鹽侵蝕性能，延長電桿使用壽命的同時提高工業副產品的再利用率。如Kumar等[12]復合摻入10% 超細粒化高爐礦渣及2%硝酸鈣可以提高混凝土結構的抗壓強度及混凝土與鋼筋的黏結強度，而且硝酸鈣可以有效改善混凝土結構的可加工性，在不同配比試塊的吸水率及氯含量檢測中，復合摻入10% 超細粒化高爐礦渣及2% 硝酸鈣的混凝土結構的抗凍融循環性能及抗鹽類侵蝕性能最好，這是因為超細?；郀t礦渣的加入使得結構內部孔隙變小，吸水率下降。而且硝酸鹽在水中的溶解度大于氯化物及硫酸鹽，因此，硝酸鈣的加入使得混凝土中部分氯離子及硫酸根離子被替代。

4 結論與展望

復合使用礦物摻合料及外加劑能夠提高鋼筋混凝土的機械性能及耐腐蝕性，將這種復合摻加方法應用于內蒙古西部高鹽堿區鋼筋混凝土電桿的生產中或可以改善腐蝕現狀，可以將電廠產生的大量粉煤灰作礦物摻合料，輔以引氣劑、減水劑或緩蝕劑等或可提高電桿的抗凍融性能及抗鹽類侵蝕性能。但是該方法的成功運用與多種因素有關，首先，需要選擇合適的礦物摻合料與外加劑，使二者在一定配比下發揮協同作用；其次，要確定摻加方法、規范操作步驟；最后，要借助多種檢測手段全面評估混凝土試塊的工作性能，確保工程質量。