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浅谈如何提高混凝土的抗腐蚀性

2020-02-22 06:04 作者:宝盈现金直营 点击:

  1.自然界中使用的混凝土,由于受环境条件的影响,可能引起混凝土性能的变化,我国的西南、西北和沿海的许多地区,地下水和土壤中含有大量硫酸盐、碳酸盐、镁盐和氯化物。由于混凝土在这种环境中使用遭受这些有害离子的侵蚀,引起硬化后水泥成分的变化,使其强度降低而遭破坏。如干湿循环、高温、低温的交替,都能使多孔结构的混凝土产生破坏,甚至导致完全崩溃。

  2.我们施工的新建铁路洛湛线广西梧州地区段地处我国的西南,沿线所经地段属珠江水系,主要有桂江、西江、浔江、大平河、六堡河、山心河等,区内河流流量较大,且雨季降水量大,暴雨持续时间长,易引起洪涝灾害。铁路工程的桥梁、隧道、涵洞、路基附属工程等混凝土结构物均容易受到地下水、地表水的浸泡,地下水主要为基岩裂隙水,含水岩组主要为石英砂岩、砂岩、石灰岩、花岗岩等。根据水质化验报告,该地区绝大部分地段地下水、地表水均具有弱硫酸型酸性侵蚀和中等溶出型侵蚀(含碳酸盐侵蚀),混凝土等圬工需采取相应的抗侵蚀性措施。该地区属亚热带季风湿润气候区,冬无严寒,夏季较热,四季较分明,1月最冷,7月最热;雨量充沛,降雨量主要集中在3~8月,年平均降雨量为1287.5~1667.4mm.多年平均气温19~21.1℃,极端最高气温39.5℃,极端最低气温-4.0℃。在这种环境中使用的混凝土很容易遭受这些不利因素的影响,使混凝土的强度降低而破坏,甚至完全崩溃。

  3.为了防止混凝土遭受硫酸盐侵蚀我们采取了选择C3A含量较低、水泥标号较高的水泥、严格控制骨料的级配、尽量掺入磨细粉料、在混凝土中掺入了对混凝土有防腐阻锈作用的RMA系列抗腐蚀剂、同时在混凝土中掺入高效减水剂、加强混凝土养护等措施。

  导致混凝土的破坏主要有物理性侵蚀和化学性侵蚀两个方面,以硫酸盐为例说明如下:

  1.硫酸盐结晶的破坏。具有一定硫酸盐的环境水,在混凝土毛细管的作用下,被吸入混凝土体中,而暴露在大气中的混凝土,由于毛细管的作用,将传递水分蒸发。溶解在水中的矿物质,经浓缩而析出,从而残留在混凝土的表面和内部,呈现出白迹、白霜,使混凝土遭受硫酸盐结晶的膨胀压力,促使混凝土从表层开始破坏,其破坏首先发生在水位变化区,干湿交替地带以及单侧受水头压力的砼薄壁结构。在返潮段遭受到侵蚀,地面上某些地段有霜状盐的结晶,有的地区呈现豆腐渣状,使建筑物的混凝土强度降低,最后导致完全破坏。

  2、环境水对普通硅酸盐水泥的化学腐蚀。硫酸盐侵蚀:某些地区的地下水和地表水,含有硫酸盐,如硫酸钠(Na2SO4)、硫酸钙(CaSO4)、硫酸镁(MgSO4)等,环境水中的硫酸钠和普通硅酸盐水泥石中的碱性固态游离石灰质及水化铝酸钙发生化学反应,生成石膏和硫铝酸钙,产生体积膨胀,使混凝土破坏。硫酸钠和氢氧化钙的反应式:Ca(OH)2+Na2SO4.10H2O→CaSO4.2H2O+2NaOH+8H2O这种反应在流动的硫酸盐水溶液里进行,可以一直进行下去,直至水泥中的Ca(OH)2完全被反应完。如果NaOH被积聚,反应达到平衡,只有一部分CaSO4沉定成石膏。水泥石中的氢氧化钙转变为石膏(CaSO4.2H2O),体积增加原来的两倍,产生膨胀。硫酸钠和水化铝酸钙的反应式:2(3CaO.Al2O3.12H2O)+3(Na2SO4.10H2O)→3CaO.Al2O3.3CaSO4.32H2O+2Al(OH)3+6NaOH+16H2O水化铝酸钙变成硫铝酸钙时,体积增大。环境中的硫酸镁(MgSO4.7H2O),除了能侵害水化铝酸钙和氢氧化钙之外,还能和水化硅酸钙反应,其反应式:3CaO.SiO3.H2O+MgSO4.7H2O→CaSO4.2H2O+Mg(OH)2+SiO2这一反应,是由于氢氧化镁的溶解度很低,造成饱和溶液PH值也低。氢氧化镁的溶解能度每升仅为0.01克,它的饱和溶液PH值约为10.5.这个数值低,致使水化硅酸钙有硫酸镁溶液存在的条件下,不断分解出石灰。所以硫酸镁较其他的硫酸盐,具有更大的侵蚀性。硫酸盐的侵蚀的速度,随其溶液浓度的增加而增加,硫酸盐浓度以[SO42-]来表示。当环境水[SO42-]大于500mg/l时,环境水就有硫酸盐侵蚀。在1500~2500mg/l时为中等侵蚀。[SO42-]在2500mg/以上时为强侵蚀。混凝土遭受硫酸盐侵蚀的特征是表面发白,菱角破坏,接着裂缝展开并剥落,使混凝土破碎和松散而破坏。其它的遇水后易产生负离子的盐类如碳酸盐[HCO3-]、氯盐[Cl-]对普通硅酸盐水泥的破坏机理和硫酸盐是类似的,不再重复说明。

  就以上两个导致混凝土遭受硫酸盐侵蚀硫破坏的机理,我们在混凝土施工中采取防止混凝土遭受硫酸盐侵蚀的措施,可以起到很有效的作用。

  1.硫酸盐腐蚀的程度与水泥中的矿物成分C3A的含量有关,水泥中的C3A含量越少对耐硫酸盐腐蚀越有利,并且C3A含量较大的早强水泥容易因早期的温度收缩、自收缩和干燥收缩而开裂。因此我们尽量选择C3A含量较少、标号较高的水泥。不过C3A的含量过低却会严重影响水泥的早期强度,进而影响到工程进度,因此要选择C3A含量适中的水泥。按《铁路混凝土与砌体工程施工质量验收标准》TB10424-2003有关规定,C3A的含量应小于8%.经过比选广西各大水泥厂的各种水泥后,我单位最终选用了海螺P.C32.5水泥,采用GB/T176—1996《水泥化学分析方法》检测其C3A的含量为4.2%.

  2.硫酸盐腐蚀的程度与混凝土的密实程度有关,混凝土越密实耐硫酸盐腐蚀的性能就越好,因此我们在施工中严格控制粗细骨料的级配,对全部混凝土都使用了5-16和16-31.5两级配碎石组成5-31.5的连续级配,并且规定不得用特细砂配制耐腐蚀砼。

  3.采取以下预防砼裂纹措施:采用较大的骨灰比,降低水灰比,合理选用外加剂;合理确定分段浇注长度及浇注速度;拆模时砼内外温差不得大于20℃;加强养护;砼升降温速度不得大于5℃/h.做好防水隔离层。

  遭受侵蚀的钢筋砼的钢筋保护层,不得小于5cm;建筑物的砼外露面的边缘、棱角、沟槽应为圆弧形。

  4.混凝土中掺入了对混凝土有防腐效果、对钢筋有防锈作用的RMA系列防腐阻锈剂(以下简称RMA)。RMA应用了多掺复合技术,即采用高效阻锈材料、对混凝土有耐硫酸盐侵蚀作用的材料、磨细材料及减水剂四种材料复合而成。该外加剂主要的化学成分为SiO2和Al2O3及细磨材料,这些化学物质在混凝土中的水化产物主要是硫铝酸钙(3CaO.Al2O3.3CaSO4.32H2O)、水化硅酸钙凝胶(C-S-H)和氢氧化铝凝胶(Al2O3.3H2O),水泥中没有游离氧化钙存在,因此水泥石在硫酸盐溶液中很难形成引起膨胀的石膏(CaSO4.2H2O)结晶。再者水泥石中的钙矾石是在水泥水化硬化过程中形成的,不会引起水泥石体积的破坏。在MgSO3溶液中,既有Mg2+和SO42-离子存在,Mg2+就不易和氧化铝凝胶反应,阻碍了Mg2+腐蚀。研究表明,耐硫酸盐的腐蚀的性能好与坏还与混凝土的水灰比有直接关系,梧州地区处于亚热带季风湿润气候区,干湿交替频繁,卤水浓度又比较高,盐类的结晶破坏尤其严重。大量的试验证明减小水灰比,能够减轻混凝土抗物理结晶的破坏,因此水灰比越小耐腐蚀性能越好,RMA同时具有减水作用,经检验其减水率达到7.5%.因此我们在混凝土中掺入水泥用量8%的RMA可以有效的防止硫酸盐对混凝土的侵蚀。

  5.为了进一步减小混凝土的水灰比,我们还在混凝土中掺入了高效减水剂。同时还加强了混凝土养护,避免产生混凝土收缩裂缝使含硫酸盐水渗入混凝土体中。同时要求具有侵蚀性的环境水,不得用作砼的拌和水和养护水,所有的拌合水样都经过检测才允许使用。砼养护时间不得少于21d.从而达到提高混凝土耐硫酸盐侵蚀能力的目的。

  1.胶砂试件抗蚀系数。我们按GB/T2420—1981的测试方法,采用1:2.5胶砂,10mm×l0mm×60mm棱柱形试体,压力成型,1d养护箱养护,7d50℃水中养护,28d常温侵蚀,侵蚀溶液采用浓度为3%的无水硫酸钠溶液。最后根据水泥胶砂试体浸泡在侵蚀溶液中的抗折强度与淡水中的抗折强度之比(抗蚀系数)来判断掺RMA混凝土的抗蚀性能,抗蚀系数的定义同腐蚀系数。试验测得的掺RMA试件抗折强度与淡水养护的同龄期试件的抗折强度之比达到1.12.试验结果证明掺入RMA抗腐蚀剂可以显著提高混凝土的抗侵蚀性能。

  2.电通量试验。氯离子是引起钢筋锈蚀,造成混凝土结构耐久性下降的最主要原因之一。氯离子的渗透性是评价混凝土抵抗氯离子侵蚀的一个重要参数,长期以来国内外学者做了大量工作,提出了多种试验方法,其中应用最广泛的是快速氯离子渗透测试方法。其主要原理是利用外电场来加快离子的运动速度,然后按扩散性与电迁移参数间的理论关系来计算氯离子的扩散性,从而判断混凝土的抗渗透性。考虑到目前的生产技术条件,铁路各相关规范都将氯离子电通量作为混凝土的重要耐久性检验指标之一。我们参照铁路客运专线技术规范的要求,在相同条件下,我们对本标段的桩基C30混凝土进行了56天龄期的掺加8%RMA的混凝土和不掺RMA的基准混凝土的6h电通量对比,检测结果为:8%RMA的混凝土的6h电通量为1322.8Q/C,而对比的基准混凝土的6h电通量为2120.8Q/C,掺8%RMA的混凝土电通量大大低于不掺的基准混凝土。因此,掺入RMA抗腐蚀剂可以有效的提高混凝土的耐久性。根据以上试验证明我们试配的混凝土具有耐硫酸盐腐蚀、提高混凝土耐久性的效果。

  3.此外,我标段从2004年底开始施工地下结构,至今未出现混凝土表面有霜状盐的结晶、呈豆腐渣状、表面发白,菱角破坏,膨胀开裂等硫酸盐侵蚀现象,同时经基桩经小应变检测和隧道经地质雷达检测后所有数据也都表明本标的抗侵蚀混凝土内部致密,说明我们采取的抗硫酸盐侵蚀的措拖取得了满意的结果。

  通过对混凝土硫酸盐对混凝土侵蚀机理分析,找到了混凝土受侵蚀破坏的根本原因,我们现场混凝土施工及时准确采取了相关抗侵蚀性措施,经现场实验验证可行,效果很好,RMA型抗腐蚀剂可以在我国西南、西北和沿海的水中和土壤中含有硫酸盐、碳酸盐、镁盐和氯化物的地区推广使用,特别是在港口建设工程中,可以起到很好的防腐阻锈效果,提高混凝土工程耐久性及工程的质量。

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