發(fā)表論文：論巖土工程中防腐混凝土施工技術
田玉山
�。ㄉ钲谑锌辈鞙y繪院有限公司廣東深圳518000）
摘要：作者主要硫酸鹽腐蝕從機理，材料的選擇，配合比設計,正交試驗設計,搗實和養(yǎng)護等方面著手，闡述了自己的觀念，供同行參考。
關鍵詞：混凝土；巖土工程；選擇材料
1引言
本項工程為某省某礦業(yè)公路改線工程，長度為5.488正線公里，位于兩礦隧道之間，附近是礦區(qū)蓄水區(qū)，蓄水后將形成一個污水水庫，庫內為酸性水。設計文件說明：段內地表水為永坎銅礦水庫庫內及排出的溝水，根據(jù)與原既有線定測水質分析結果，水質屬SO42-、K+、Na+、Ca2+型水，對混凝土有強酸性和強溶出型及中等硫酸侵蝕性，礦區(qū)排出的水硫酸根含量達1200mg／L，具有強腐蝕性。在附近流經(jīng)線路的溝水，水質屬HCO3-•Cl-一K+＋Na+型水，對混凝土具有中等溶出型和弱酸性侵蝕。為此設計要求橋梁墩臺基礎及地面上2m以下部分的墩身，涵洞基礎及邊墻以及2號隧道的混凝土均采用防腐混凝土。
1硫酸鹽腐蝕機理
硫酸鹽腐蝕是指環(huán)境中的SO42-與硬化水泥漿的某些組分(水化硫鋁酸鈣、氫氧化鈣)起化學反應，生成二水石膏或鈣釩石，其相同體積比反應物增加1倍多，在水泥石內部產(chǎn)生很大的膨脹應力，造成混凝土膨脹開裂以至毀壞。
環(huán)境水中的SO42-含量不同，能使硬化水泥漿產(chǎn)生不同性質的腐蝕，當SO42-濃度較低時，它使硬化水泥漿產(chǎn)生硫鋁酸鈣腐蝕，當sO42-濃度>1000mg／L時，除了硫鋁酸鈣腐蝕外，還會產(chǎn)生石膏型的腐蝕。
從腐蝕的實際過程來看，硫鋁酸鈣腐蝕是由于生成鈣礬石，最初使硬化水泥漿變成密實，強度增加。但隨著鈣礬石生成量的繼續(xù)增多，產(chǎn)生局部膨脹壓力，使結構脹裂，強度下降而破壞，在遭受硫鋁酸鈣腐蝕的試體上面可看到較大裂縫，而石膏的腐蝕是先經(jīng)歷一個強度降低的過程，繼之膨脹、開裂�；炷梁笃谂蛎洺霈F(xiàn)裂縫。
2防腐混凝土原材料的選擇
考慮混凝土防腐主要是材料的耐久性，因為耐久性對結構的維修和更新費用，有重大經(jīng)濟意義。耐久性被定義為材料在給定的環(huán)境條件下的使用年限。一般，密實的或不透水的混凝土具有長期的耐久性，而取決于它的配合比、搗實的程度和養(yǎng)護及正常環(huán)境的溫度和濕度。
在以往工程中采用抗硫酸鹽水泥配制防腐混凝土。但由于抗硫酸鹽水泥作為特種水泥，目前國內生產(chǎn)廠家生產(chǎn)規(guī)模較小，并受工藝、運距、數(shù)量、價格較高等因素影響，制約了防腐混凝土商品化的發(fā)展。而我們利用普通硅酸鹽水泥和NF—C耐腐蝕防水劑和優(yōu)質粉煤灰，配制防腐混凝土并應用到永坎銅礦改線工程上，既解決了混凝土的防腐問題，又降低了混凝土成本，取得了較好的經(jīng)濟和社會效益。
2．1水泥
國內外有關資料的分析表明，在水泥的各個主要礦物組成中，C3A的含量大小對水泥的抗硫酸鹽侵蝕能力影響最大，其次取決于C3S含量。
水泥用量增加可提高混凝土密實度，從而可以提高混凝土的抗硫酸鹽性能。G．J．Verbeck對加利福尼亞州薩拉曼都硫酸鹽土壤(含10％Na2SO4)中的混凝土試件進行長期研究，其結果見圖1。
從圖1可見，當水泥用量為225kg／m3和310kg／m3時，硫酸鹽溶液對混凝土的破壞程度隨著C3A的增加而增大，但當水泥用量達390kg／m3時，硫酸鹽溶液對混凝土的破壞隨著C3A含量的增加而只有稍微增加。ASTM標準的5種水泥中除早強型水泥外，I、Ⅱ、Ⅲ和V型水泥(水泥中C3A含量分別為10％、4％、8％和3％)混凝土的破壞幾乎為零。這說明高水泥用量會顯著地增強混凝土的抗?jié)B性，進而提高混凝土的抗侵蝕能力。防腐混凝土使用的水泥除物理性能滿足標準要求外，其C3A含量不超過8％，同時為防止堿集料反應，應盡量采用低堿水泥，我們選用了“科華”牌P.032.5水泥。
平均cA含帚／％
圖1混凝土中水泥品種（C3A含量)對其性能的影響
2．2粉煤灰
在本項的混凝土施工過程中，摻人一定量的粉煤灰，這樣可改善混凝土的抗腐蝕性能，因為首先用火山灰質混合材將降低水泥中的C3A和C3S的含量，相當于在混凝土中所用的膠結材料是低C3A和低C3S的水泥。其次這些火山灰質混合材的水泥水化過程中產(chǎn)生Ca(OH)2，引起化學反應生成C-S-H凝膠，除了消除一部分Ca(OH)2外，還能提高強度。Ca(OH)2的消除將減輕其膨脹危害，強度的提高則能限制其膨脹。C-S-H凝膠的產(chǎn)生使結構致密，降低了SO42-滲透進混凝土的能力。所以我們選用了江西貴溪電廠Ⅱ級粉煤灰。
2．3砂
為降低混凝土中的Cl-含量，我們選用了級配良好、含泥量等符合標準的中砂。
2．4卵石
通常，天然礫石呈圓形，具有光滑的表面結構；破碎的巖石表面具有粗糙結構，粗糙度取決于巖石類型及所選擇的破碎設備。破碎的骨料可以含有相當數(shù)量的扁平和長條顆粒，這類顆粒對混凝土許多性質起不良影響。呈高度蜂窩狀的浮石輕骨料同樣呈多角形和粗糙結構，但陶�；蝽搸r輕骨料通常呈圓形和光滑結構。為提高混凝土密實度，我們選用0.5～4.0cm連續(xù)級配卵石配制防腐混凝土。
2．5防腐劑
為了抑制混凝土的侵蝕，并對市場上的調查，我們選定了NF—C耐腐蝕防水劑，此劑具有一定的引氣和減水功能，降低了混凝土的用水量，在混凝土中形成大量的密閉、均勻的微氣孔，改善了混凝土的孔結構，提高了混凝土的密實度。
3防腐混凝土配合比設計
3．1按試配強度計算水灰比
fcu.o=fcuk+1.645σ=28.2MPa
W／C=0．4fce／fcu.o+0.46×0.07fce)
=0.46×36.7／(28.2＋0.46×0.07×36.7)
=0.56
按《公路混凝土與砌體工程施工規(guī)范》(TB10210—2001／J118—2001)中表C．0．2環(huán)境水對混凝土侵蝕類型及侵蝕程度的判斷的判定規(guī)則，永坎銅礦改線工程的地表水水質屬中等侵蝕，所以根據(jù)表C．0．3混凝土受硫酸鹽、鹽類結晶或溶出型侵蝕的防護措施的規(guī)定，其最大水灰比應小于0．50，要求抗?jié)B等級≥P8。
3.2 計算水泥用量、粉煤灰用量
根據(jù)防腐混凝土施工工藝要求確定坍落度為30～50mm。通過混凝土拌合物性能試驗選擇用水量171kg,／m3。粉煤灰采用外加法，摻入量為水泥用量的30％。
水泥用量C0=171／0．43=398kg。
粉煤灰用量Fm=C0×30％=398×30％=119kg。
3．3計算砂石用量
按假定容量法2400kg／m3。計算，砂率取38．0％。
砂用量Sm=558kg，石用量G0=1136kg。
3．4計算外加劑用量
按計算的水泥用量計算外加劑用量，按8％最佳摻量摻入。
3．5根據(jù)實測容重調整混凝土的原材料用量
4搗實和養(yǎng)護
施工過程中由于混凝土保溫、保濕養(yǎng)護不到位，容易產(chǎn)生收縮裂縫。特別是露天構筑物，盡管當?shù)貪穸群艽�，但是由于吹風影響，加速了混凝土水分蒸發(fā)速度，亦即增加干縮速度，容易引起早期表面裂縫，這也是夏季比秋季、南方比北方出現(xiàn)結構裂縫較多的原因。不少結構在澆注完了3～6個月，甚至在1～2年內出現(xiàn)裂縫，除荷載問題外，主要還是環(huán)境溫度和風速引起的收縮變形所致。有些基礎不及時復土，出入口長期敞開，局部防水層破壞不及時修補，些與施工和建設方對結構維護缺乏認識有關。因此，在施工和使用過程中，我們重視已澆結構的保溫、保濕維護工作，除確保其強度達到規(guī)定強度等級100％外，盡量減少“熱脹冷縮”之影響。
5應用效果
在施工過程中我們對防腐混凝土的試件進行了抗?jié)B試驗，水壓力加至1.1kPa時，試件均未出現(xiàn)滲水，其抗?jié)B等級全部能夠滿足設計要求，同時其相對應的混凝土試件進行抗壓強度試驗，其強度等級也達到了設計要求。該防腐蝕堵漏效果工程完成2年后回訪，防腐蝕堵漏效果顯著而無任何新的問題產(chǎn)生。
6結語
通過對混凝土機理的研究和環(huán)境的分析，結合試驗數(shù)據(jù)，確定了通過摻人外加劑進行有機補償和施工合理的控制，對增強混凝土的耐久性、延長混凝土建筑物使用壽命具有很強的現(xiàn)實意義。同時通過環(huán)保角度和避免重復建設角度考慮，防腐蝕混凝土的前景令人樂觀，具有較高的經(jīng)濟價值。
