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海工混凝土腐蝕機理分析及解決方案

2018-10-31 12:08:13 作者：郝占龍郝家欣陳雷周桂明來源：混凝土第一視頻網分享至：

〇引言

混凝土是一種應用極其廣泛的建筑材料，是構成建筑物主體的重要組成部分。混凝土應用于土木工程至今，大量的鋼筋混凝土結構由于各種原因出現破壞甚至提前失效，達不到設計使用年限，其中多數是由于混凝土的耐久性不足導致的；特別是沿海及近海地區的混凝土結構，由于海水環境對混凝土的腐蝕，導致鋼筋銹蝕而使結構發生早期損壞，喪失耐久性能，這已成為實際工程中的重要問題。早期損壞的結構需要花費大量的財力進行維修補強，甚至造成停工停產的巨大經濟損失。

華能威海電廠二期脫硫曝氣池工程由于其特殊的使用功能和常年處于海水浸泡的環境，因此要求混凝土必須具有較好的抗腐蝕性和耐久性，以延長其使用年限。混凝土總量約計16000m3，其中基礎筏板、池壁及隔墻采用強度等級為C30P6F150 抗海水腐蝕的混凝土。

一混凝土腐蝕機理

當混凝土接觸的周圍介質，如空氣，水（海水，地下水）和土壤中含有不同濃度的酸、鹽、堿類侵蝕性物質時，一旦其進入混凝土內部，與混凝土中的成分發生物理化學反應，混凝土將遭受腐蝕，逐漸發生綻裂剝落，進而引起鋼筋腐蝕導致結構失效。混凝土腐蝕的原因和機理隨侵蝕介質和環境條件而異，一般分為兩類：

1.1 溶蝕性腐蝕

水泥的水化生成物中，Ca（OH）2最容易被滲入的水溶解，又促使水化硅酸鈣等多堿性化合物發生水解，隨后破壞低堿性水化產物（CaO、SiO2）等，最終完全破壞水泥石結構，某些酸鹽溶液滲入混凝土，生成無凝膠型的松軟物質，易被水溶蝕。水泥石的溶蝕程度隨滲流速度增大而增大，溶蝕后膠結能力減弱，混凝土材料的整體性被破壞。

1.2 結晶膨脹性腐蝕

含有硫酸鹽的水滲入混凝土中，與水泥水化產物 Ca（OH） 2發生化學作用生成的石膏（CaSO4●2H2O）以溶液形式存在。石膏再和水化物鋁硫酸鹽起作用，形成帶有多個結晶水的水化鋁硫酸鈣，體積膨脹，導致混凝土開裂破壞。

二混凝土抗腐蝕的影響因素

2.1 混凝土的水灰比

水灰比對混凝土的抗滲性影響最大。水灰比越大，混凝土結構中游離水越多，在硬化混凝土中留下相互連通的、無規則的毛細通道，使水泥石的孔隙率增加，混凝土的抗滲性降低。

2.2 混凝土的原材料

使用中熱硅酸鹽水泥，水泥中的C3A 的含量不超過 6%，C3S與C3A的總和通常不超過 58%。該水泥具有較高的抵抗硫酸鹽侵蝕的能力，并且水化熱適中，避免了混凝土表面產生溫度裂縫；嚴格控制骨料中的氯離子含量，禁止使用海砂，骨料存放在陰暗處或者使用下層溫度較低的骨料；摻加礦物摻合料，主要有：優質粉煤灰、微硅粉、高爐礦渣粉；摻加膨脹劑，并使用高效減水劑。

2.3 施工質量

混凝土的施工質量對混凝土的孔結構和孔隙率有很大影響。即使是配合比很好的混凝土，澆注成型時如果沒有規范施工控制好質量，如振搗不密實或者過振等，都會造成混凝土結構內部的缺陷，降低其抗滲性。因此必須提高混凝土的密實度。

2.4 應用環境

海洋工程和濱海工程的混凝土結構，長期處于海水和潮濕空氣中，海水中含有大量的氯鹽，鎂鹽和硫酸鹽，它們與混凝土中的水泥水化產物Ca（OH）2作用后生成CaCl2、CaSO4等易溶物質，NaCl 又提高其溶解度，增大了混凝土的孔隙率，削弱了材料的內部結構，使混凝土遭受腐蝕。

2.5 結構設計

混凝土是一種多孔結構，在存在內外壓力差的情況下，必然存在液體或氣體從高壓處向低壓處滲透的現象，這種現象稱為混凝土的滲透性。混凝土保護層厚度增加，則氯離子滲入混凝土到達鋼筋的時間就會增加，這將顯著延遲混凝土內部鋼筋的銹蝕。

2.6 混凝土的表面處理

鋼筋的鈍化膜只有在高堿性環境下才是穩定的，由于環境侵蝕性介質的作用，使混凝土的堿性降低，鋼筋的鈍化膜將很快破壞，鋼筋處于易腐蝕狀態，鋼筋由于混凝土對其保護作用降低而銹蝕，在混凝土表面做防水涂層，能有效的阻止外界環境中腐蝕介質進入混凝土中，從而保護混凝土與鋼筋免受腐蝕。

對臨海地區的一些工程而言，破壞混凝土結構耐久性的最主要形式是氯化物滲入結構內部導致鋼筋腐蝕，通過對配合比進行優化，減小水灰比降低用水量，并通過施工手段提高混凝土自身的密實度，切斷侵蝕性的物質進入混凝土內部的通道，降低滲透性，都將顯著改善混凝土抗腐蝕性。

三解決方案

（1）對混凝土配合比進行優化，在保證混凝土滿足強度和泵送施工要求的情況下減小水灰比，使拌合用水最少，使用中熱硅酸鹽水泥，并通過摻入膨脹劑、粉煤灰、高爐礦渣、微硅粉等多種摻料，來提高混凝土性能，如高密實度、低滲透性以及抵抗腐蝕的能力。

（2）在普通引氣泵送劑的基礎上，摻加與之相容的引氣及阻銹成分，阻止或延緩鋼筋的銹蝕并提高混凝土的抗凍融能力。

（3）使用溫度較低的原材料，定時測定并控制骨料中的氯化物。

（4）混凝土施工時，連續澆筑，保證混凝土一次澆筑成型，不留冷縫并盡量避免使用施工縫，振搗充分，不過振不漏振，使混凝土充分密實，增加混凝土的密實度。

（5）澆筑完畢的混凝土施工單位應及時進行覆蓋養護，并不少于14 天，避免由于砼內外溫差過大產生溫度裂縫。

（6）在已施工好的混凝土表面及時做好防腐蝕材料涂層。

四配合比確定

4.1 原材料選擇

（1）水泥

表1 三菱 P.O42.5R 水泥的性能指標

標準稠度用水量（%）	安定性	抗折強度（MPa）		抗壓強度（MPa）
標準稠度用水量（%）	安定性	3d	28d	3d	28d
27.4	合格	4.9	8.6	28.5	49.7

（2）粗骨料

威海羊亭福鑫建材廠Ⅰ類碎石，5~20mm 連續級配，各項性能指標如表 2 所示。

表 2 威海羊亭福鑫建材廠碎石各項指標

含泥量 (%)	泥塊含量(%)	針片狀顆粒含量(%)	壓碎值指標 (%)	堆積密度(kg/m³)	表觀密度(kg/m³)
0.3	0.1	4	9	1500	2750

（3）細骨料

乳山砂場中砂，細度模數 2.9，Ⅱ區連續級配，性能指標如表 3。

表 3 乳山砂場中砂的性能指標

含泥量(%)	堆積密度(kg/m³)	表觀密度(kg/m³)
2.0	1450	2630

（4）礦物摻合料

表 4 各礦物摻合料性能指標材料名稱性能指標

材料名稱	性能指標
粉煤灰	細度（45μm方孔篩）≤ 25%，需水量比≤105%，燒失量≤ 8.0%，三氧化硫≤ 3.0%
礦渣粉	S95 級，比表面積（m²/kg) ≥350，流動度比≥ 90%
微硅粉	細度小于1μm 的占 80% 以上，比表面積（m²/g) 為：20～28

（5）外加劑

表 5 各外加劑性能指標

引氣泵送劑：省建科院 NC-F4	減水率 >20%；固含量：30%；氯離子含量：0.04%；水泥凈漿流動度（mm)>230，摻量：2%。
膨脹劑：魯南外加劑 JEA-A	氯離子含量≤ 0.05% ；比表面積（m²/kg)≥250 ；摻量：8%。
阻銹劑：省建科院 NC-Z	鹽水浸漬試驗：無銹；干濕冷熱循環試驗（60次）：無銹；鋼筋銹蝕電化學綜合評定法：無銹；抗壓強度對比率＞100% ；摻量：4%