摘要：本文以跨海大橋工程所用的高性能海工混凝土為對(duì)象，對(duì)摻礦渣、粉煤灰及不同摻量的外加劑時(shí)海工混凝土的力學(xué)性能及其耐久性的影響進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。

　　關(guān)鍵詞：海工混凝土,粉煤灰,磨細(xì)礦渣,外加劑,抗氯離子滲透

　　1、混凝土結(jié)構(gòu)在海洋環(huán)境下的腐蝕機(jī)理

　　影響混凝土結(jié)構(gòu)使用壽命的荷載分為兩大類。第一類是物理外力；第二類主要是化學(xué)或物理化學(xué)作用力。

　　1.1鋼筋銹蝕

　　鋼筋的腐蝕過(guò)程是一個(gè)電化學(xué)反應(yīng)過(guò)程。大量研究表明，鋼筋銹蝕有三個(gè)必要條件：

　　1）鋼筋鈍化膜被破壞；

　　2）足夠低的電阻率，使得電解液腐蝕電池形成；

　　3）有足夠的水分和氧氣通過(guò)混凝土保護(hù)層到達(dá)鋼筋表面。

　　1.2氯離子引起鋼筋銹蝕

　　1）由于氯離子半徑相對(duì)很小，電負(fù)性強(qiáng)，因而其吸附性和擴(kuò)散穿透力強(qiáng)。一般氯離子引起的鋼筋銹蝕有以下四個(gè)階段：1破壞鈍化膜；2形成腐蝕電池；3氯離子的去極化作用；4氯離子的導(dǎo)電作用。

　　2）氯離子在混凝土中的遷移過(guò)程氯離子可以通過(guò)以下途徑進(jìn)入混凝土：a)作為混凝土的組成部分，b)通過(guò)擴(kuò)散作用，c)在干濕條件下通過(guò)毛細(xì)管吸入，d)在水壓力的作用下滲透。在遷移過(guò)程中會(huì)有一部分的氯離子會(huì)被混凝土中的膠凝材料的水化相消耗或者固結(jié)，降低了氯離子的遷移速率；特別是對(duì)于摻有礦渣，粉煤灰和硅灰等活性礦物摻合料的復(fù)合膠凝材料體系，其降低程度更大。

　　1.3碳化作用導(dǎo)致的鋼筋銹蝕

　　混凝土孔隙中充滿著水泥水化時(shí)產(chǎn)生的Ca(OH)2過(guò)飽和溶液，混凝土具有很強(qiáng)的堿度，pH值一般均在12.5以上。鋼筋在堿性很強(qiáng)的環(huán)境下，表面沉積一層致密的堿性鈍化膜而處于惰性狀態(tài)，保護(hù)鋼筋。但是。當(dāng)外界酸性物質(zhì)侵入并與Ca(OH)2作用時(shí)，混凝土的堿度下降，當(dāng)混凝土pH值降低到11.5以下時(shí)，鈍化膜開(kāi)始破壞，從而失去保護(hù)鋼筋的作用，若空氣和水分進(jìn)入，鋼筋便開(kāi)始銹蝕。

　　1.4混凝土碳化作用的機(jī)理

　　混凝土的碳化，是指大氣中的CO2與混凝土中的Ca(OH)2起化學(xué)反應(yīng)，生成中性的CaCO3.混凝土碳化的影響因素：

　　1）大氣中CO2的濃度，其他條件不變的情況下，環(huán)境中CO2的濃度越高，則碳化深度越大。

　　2)碳化速度與濕度，混凝土在較干燥的條件下比在潮濕的條件下碳化速度更快。

　　3）溫度與碳化速度，溫度提高，CO2在混凝土中的擴(kuò)散系數(shù)增大，從而加快碳化速度。

　　1.5鹽腐蝕

　　絕大部分硫酸鹽對(duì)混凝土都有顯著的侵蝕作用。第一類是膨脹破壞。第二類是溶蝕。

　　1.6堿-骨料反應(yīng)作用

　　堿-骨料反應(yīng)是混凝土原材料中的水泥、外加劑、混合材料和水中的堿與骨料的活性成分在混凝土澆筑成型后若干年逐漸反應(yīng)，反應(yīng)生成物吸水膨脹使得混凝土產(chǎn)生內(nèi)部應(yīng)力，膨脹開(kāi)裂，導(dǎo)致混凝土失去設(shè)計(jì)性能的過(guò)程。

　　二、原材料的選擇、及優(yōu)化

　　2.1水泥

　　本工程要求采用強(qiáng)度等級(jí)為42.5級(jí)的質(zhì)量符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB175-1999的Ⅱ型硅酸鹽水泥（P·Ⅱ）。不得使用立窯水泥和早強(qiáng)、水化熱較高、C3A含量超過(guò)10%的水泥。所用水泥的氯離子含量應(yīng)低于0.03%。

　　2.2粉煤灰

　　混凝土的優(yōu)質(zhì)粉煤灰摻合料須采用I級(jí)粉煤灰，且來(lái)自燃煤工藝先進(jìn)的電廠，選用組分均勻各項(xiàng)性能指標(biāo)穩(wěn)定的低鈣灰，而且粉煤灰的燒失量不大于8%，45μm篩余小于16%，需水量比不大于100%，氯離子含量小于0.02%，三氧化硫含量不大于2%。

　　2.3高爐礦渣粉

　　對(duì)于海工耐久混凝土，宜將礦渣作為膠凝材料的組成部分。摻合料的磨細(xì)高爐礦渣的比表面積宜控制在360-440m2/Kg；需水量比不大于100%；燒失量不大于3%。

　　2.4硅灰

　　硅灰使用必須進(jìn)行相關(guān)試驗(yàn)，保證混凝土各種性能滿足有關(guān)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計(jì)圖紙要求。

　　2.5細(xì)集料

　�。�1）細(xì)集料不得使用海砂和人工砂，應(yīng)選用顆粒堅(jiān)硬、強(qiáng)度高、耐風(fēng)化的天然砂，云母含量小于2%。砂中氯離子含量不大于0.02%，含泥量不大于2.0%，泥塊含量不大于0.5%。

　�。�2）不得使用細(xì)沙，在混凝土配制時(shí)應(yīng)同時(shí)考慮砂的細(xì)度模數(shù)和級(jí)配情況，泵送混凝土用砂宜選用中砂。

　　2.6粗集料

　　（1）粗集料選用堅(jiān)硬卵石、礫石或碎石。壓碎指標(biāo)值不大于12%，針片狀顆粒含量不大于10%，硫化物及硫酸鹽含量（按SO3質(zhì)量計(jì)）小于0.5%，堆積密度一般大于1500Kg/m3，對(duì)較密實(shí)的石子如石灰?guī)r應(yīng)大于1600Kg/m3。

　�。�2）進(jìn)行粗集料供應(yīng)源選擇時(shí)，應(yīng)進(jìn)行巖石的抗壓強(qiáng)度檢驗(yàn)。巖石的抗壓強(qiáng)度與混凝土強(qiáng)度等級(jí)之比不應(yīng)小于2。

　　2.7拌合用水及養(yǎng)護(hù)用水

　　拌合用水中不應(yīng)含有影響水泥正常凝結(jié)時(shí)間與硬化的有害雜質(zhì)及油脂、糖類、游離酸類、堿、鹽、有機(jī)質(zhì)或其它有害物質(zhì)。不得采用海水、污水和PH值小于5的酸性水，水中的氯離子含量應(yīng)不大于200mg/L，酸鹽含量（按SO42-質(zhì)量計(jì)）不大于500mg/L。

　　三、高性能海工混凝土試配及性能試驗(yàn)

　　3.1試驗(yàn)中所采用的主要試驗(yàn)方法

　　1）水泥混凝土拌合物坍落度

　　水泥混凝土拌合物坍落度按《公路工程水泥及水泥混凝土試驗(yàn)規(guī)程》JTGE30-2005中的T0522-2005試驗(yàn)方法進(jìn)行；

　　2）水泥混凝土拌合物表觀密度

　　水泥混凝土拌合物表觀密度按《公路工程水泥及水泥混凝土試驗(yàn)規(guī)程》JTGE30-2005中的T0525-2005試驗(yàn)方法進(jìn)行；

　　3）水泥混凝土抗壓強(qiáng)度

　　水泥混凝土抗壓強(qiáng)度按《公路工程水泥及水泥混凝土試驗(yàn)規(guī)程》JTGE30-2005中的T0553-2005試驗(yàn)方法進(jìn)行；

　　4)水泥混凝土的氯離子擴(kuò)散系數(shù)快速試驗(yàn)

　　通過(guò)施加電場(chǎng)來(lái)加速氯離子在混凝土中的遷移，并將混凝土視作固體電解質(zhì)，在外加電壓的情況下測(cè)定混凝土的電導(dǎo)率與通過(guò)混凝土截面積的電量，根據(jù)電導(dǎo)率與擴(kuò)散系數(shù)之間的關(guān)系，使用相關(guān)方程式推導(dǎo)出氯離子在混凝土中的擴(kuò)散系數(shù)。

　　3.2設(shè)計(jì)試驗(yàn)配合比

　　按照以上章節(jié)對(duì)配合比設(shè)計(jì)的相關(guān)規(guī)定，項(xiàng)目采用：廣東塔牌集團(tuán)有限公司（P·Ⅱ42.5）水泥，福建漳州益材粉煤灰開(kāi)發(fā)有限公司（I級(jí)）粉煤灰，三鋼集團(tuán)（龍海）礦微粉有限公司（S95）礦渣粉，廣東汕頭澄海下鋪砂場(chǎng)（II級(jí)）中砂，潮州鳳山碎石場(chǎng)（5-25mm）花崗巖，巴斯夫化學(xué)建材（中國(guó)）有限公司廣東分公司（聚羧酸）高性能減水劑及飲用水等材料設(shè)計(jì)了5組不同配料的配合比供試驗(yàn)比較之用。

　　根據(jù)以上試驗(yàn)結(jié)果，我們做以下對(duì)比分析：

　　1）通過(guò)第1組與第2組的對(duì)比，可以發(fā)現(xiàn)第2組配合比在加入外加劑后，最大限度的降低了水泥的用量且工作性能以及7天、28天抗壓強(qiáng)度上明顯優(yōu)于第一組；也可對(duì)五組配合比的工作性能、抗壓強(qiáng)度、氯離子擴(kuò)散系數(shù)等進(jìn)行綜合比較，可以得出：摻高性能聚羧酸外加劑有利于提高混凝土強(qiáng)度及抗海水侵蝕及抗侵蝕的能力。

　　2）通過(guò)第2組與第3組的對(duì)比，可以發(fā)現(xiàn)第3組配合比在加入粉煤灰后，7天抗壓強(qiáng)度有所降低，28天抗壓強(qiáng)度上明顯優(yōu)于第2組，說(shuō)明摻入粉煤灰可以提高混凝土的后期強(qiáng)度，此外在耐久性方面也明顯優(yōu)于第2組；通過(guò)第3組與第4組的對(duì)比，可以發(fā)現(xiàn)第4組配合比在加入粉煤灰、礦粉后，在混凝土抗壓強(qiáng)度方面無(wú)太大的變化，但氯離子擴(kuò)散系數(shù)明顯降低，說(shuō)明其耐久性有明顯的提高�？梢缘贸觯�1摻粉煤灰有利于提高混凝土的后期強(qiáng)度,分別單摻或雙摻粉煤灰和磨細(xì)礦渣,均可以降低混凝土氯離子擴(kuò)散系數(shù),且雙摻優(yōu)于單摻。2摻礦渣有利于提高混凝土的耐海水侵蝕性能及耐硫酸鹽侵蝕的能力,礦渣摻量越大,抗侵蝕能力越強(qiáng),摻加礦渣也是一種有效提高混凝土抗氯離子滲透能力的措施。

　　3）通過(guò)第4組與第5組的對(duì)比，可以發(fā)現(xiàn)兩組同時(shí)在摻入粉煤灰、礦粉、外加劑的情況下，但混凝土在抗壓強(qiáng)度和氯離子擴(kuò)散系數(shù)都有一定幅度的提高和降低，則說(shuō)明很小的水灰比變化也會(huì)引起混凝土在抗壓強(qiáng)度、耐久性方面的變化。因此可以得出：降低水灰比能顯著地提高混凝土的強(qiáng)度及抗海水侵蝕及抗硫酸鹽侵蝕的能力,并且能有效提高混凝土抗氯離子滲透能力。

　　四、結(jié)束語(yǔ)

　　海工高性能混凝土耐久性的研究與應(yīng)用具有巨大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和社會(huì)意義，提高混凝土的耐久性是混凝土發(fā)展的必然趨勢(shì)。能最大限度地延長(zhǎng)混凝土結(jié)構(gòu)的使用年限，降低工程造價(jià)，是我們面臨的緊迫任務(wù)，我們應(yīng)以科學(xué)的方法和態(tài)度進(jìn)行不懈的深入研究。

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