防腐混凝土在巖土工程施工中的應(yīng)用

1、防腐混凝土在巖土工程施工中的應(yīng)用摘要:結(jié)構(gòu)防腐主要從混凝土內(nèi)部闡述其腐蝕性,并通過摻入外加劑進行有翎機補償,使其應(yīng)用于各種抗裂防滲混凝土,尤其適用于箜與防水有關(guān)的地下、水工、海工、地鐵、隧道和水電等鍤鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)工程。關(guān)遺鍵詞:防腐混凝土;巖土工娛程;地下工程0引言建筑結(jié)構(gòu)防腐與裂縫控制是一個系統(tǒng)工程,近10年來,我國工民建向長期化、復雜化發(fā)展,商品混凝土普及贄應(yīng)用,混凝土強度等級從C恧30向C50發(fā)展,這些因剌素導致鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)開裂的機率增多。大多數(shù)土壤翹中都含有一些硫酸鹽,若硫酸鹽濃度低,則對混凝土不會產(chǎn)生太大的影響;若硫酸拘鹽濃度高,則可對建筑物或冖構(gòu)筑物的地下部分,如橋梁、隧道、涵

2、洞和房屋的基礎(chǔ)產(chǎn)生顯著的破壞作用。這種詿破壞可能以膨脹形式出現(xiàn)而疼導致結(jié)構(gòu)位移。硫酸鹽膨脹也可使混凝土中的水泥水化斬產(chǎn)物喪失膠凝性,呈酥松狀旨或糊狀。我國隧道工程中也忽常遇到硫酸鹽濃度高的地質(zhì)環(huán)境。本項工程為福建省斌某礦業(yè)公路改線工程,長度嵋為正線公里,位于兩礦隧道虻之間,附近是礦區(qū)蓄水區(qū),典蓄水后將形成一個污水水庫簫,庫內(nèi)為酸性水。設(shè)計文件賬說明:段內(nèi)地表水為永坎銅螓礦水庫庫內(nèi)及排出的溝水,滁根據(jù)與原既有線定測水質(zhì)分析結(jié)果,水質(zhì)屬SO42-唆、K+、Na+、Ca2+闋型水,對混凝土有強酸性和廣強溶出型及中等硫酸侵蝕性聿,礦區(qū)排出的水硫酸根含量蕘達1200mg/L,具有強腐蝕性。在附近流經(jīng)線路

3、的溝水,水質(zhì)屬HCO3-Cl-K+Na+型崧水,對混凝土具有中等溶出型和弱酸性侵蝕。為此設(shè)計娼要求橋梁墩臺基礎(chǔ)及地面上鄣2m以下部分的墩身,涵洞菔基礎(chǔ)及邊墻以及2號隧道的混凝土均采用防腐混凝土。根據(jù)以上設(shè)計說明,我們在岫一進場就進行施工調(diào)查,首厄先對各作業(yè)點的地表水進行隨機取樣,及時送實驗中心及衛(wèi)生防疫站進行水質(zhì)化驗曇分析,化驗結(jié)果水質(zhì)呈酸性媛,并將水質(zhì)報告送至有關(guān)部恣門,經(jīng)確認其侵蝕程度為中糜等侵蝕。1硫酸鹽腐蝕機理硫酸鹽腐蝕是指環(huán)境中韜的SO42-與硬化水泥漿岜的某些組分(水化硫鋁酸鈣、氫氧化鈣)起化學反應(yīng),嬈生成二水石膏或鈣釩石,其芍相同體積比反應(yīng)物增加1倍脆多,在水泥石內(nèi)部產(chǎn)生很大的膨

4、脹應(yīng)力,造成混凝土膨弘脹開裂以至毀壞。環(huán)境水呋中的SO42-含量不同,能使硬化水泥漿產(chǎn)生不同性質(zhì)的腐蝕,當SO42-濃鳥度較低時,它使硬化水泥漿產(chǎn)生硫鋁酸鈣腐蝕,當SO42-濃度1000mg句/L時,除了硫鋁酸鈣腐蝕外,還會產(chǎn)生石膏型的腐蝕埯。從腐蝕的實際過程來看肩,硫鋁酸鈣腐蝕是由于生成撬鈣礬石,最初使硬化水泥漿變成密實,強度增加。但隨賂著鈣礬石生成量的繼續(xù)增多,產(chǎn)生局部膨脹壓力,使結(jié)羲構(gòu)脹裂,強度下降而破壞,阱在遭受硫鋁酸鈣腐蝕的試體冊上面可看到較大裂縫,而石膏的腐蝕是先經(jīng)歷一個強度乃降低的過程,繼之膨脹、開裂?；炷梁笃谂蛎洺霈F(xiàn)裂頏縫,主要原因是:(1)嚎水泥中游離CaO過高,C筒a(O

5、H)2體積膨脹所致朗;(2)水泥中MgO過醴高,Mg(OH)2體積膨斡脹所致;(3)水泥和外加劑堿含量過高,與集料中痖活性硅等發(fā)生堿-集料反應(yīng)盎所致;(4)有害離子C殘l-、Mg2+等侵入混凝土內(nèi)部,導致鋼筋銹蝕或形衤成二次鈣礬石膨脹破壞所致毗。2防腐混凝土原材料的選擇考慮混凝土防腐主要冂是材料的耐久性,因為耐久鎧性對結(jié)構(gòu)的維修和更新費用脒,有重大經(jīng)濟意義。耐久性鉚被定義為材料在給定的環(huán)境條件下的使用年限。一般,篩密實的或不透水的混凝土具熳有長期的耐久性,而取決于嵐它的配合比、搗實的程度和歷養(yǎng)護及正常環(huán)境的溫度和濕度。在以往工程中采用抗佃硫酸鹽水泥配制防腐混凝土汐。但由于抗硫酸鹽水泥作為菸特種

6、水泥,目前國內(nèi)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,制約了防腐混凝摧土商品化的發(fā)展。而我們利躲用普通硅酸鹽水泥和NF-箱C耐腐蝕防水劑和優(yōu)質(zhì)粉煤遄灰,配制防腐混凝土并應(yīng)用搜到永坎銅礦改線工程上,既析解決了混凝土的防腐問題,嘜又降低了混凝土成本,取得了較好的經(jīng)濟和社會效益。輯水泥國內(nèi)外有關(guān)資料的蒈分析表明,在水泥的各個主蹺要礦物組成中,C3A的含密量大小對水泥的抗硫酸鹽侵瑤蝕能力影響最大,其次取決抹于C3S含量。表1為水罘泥中各主要礦物的含量對抗夸硫酸鹽性能的影響。水泥碑用量增加可提高混凝土密實慟度,從而可以提高混凝土的蛭抗硫酸鹽性能。對加利福尼亞州薩拉曼都硫酸鹽土壤(

7、含10%Na2SO4)中效的混凝土試件進行長期研究嗶,其結(jié)果見圖1。從圖1鏝可見,當水泥用量為225霜kg/m3和310kg/慰m3時,硫酸鹽溶液對混凝遍土的破壞程度隨著C3A的增加而增大,但當水泥用量柢達390kg/m3時,硫阡酸鹽溶液對混凝土的破壞隨冊著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,、和型水泥(頎水泥中C3A含量分別為1蘭0%、4%、8%和3%)混凝土的破壞幾乎為零。這肓說明高水泥用量會顯著地增圪強混凝土的抗?jié)B性,進而提孕高混凝土的抗侵蝕能力。防盆腐混凝土使用的水泥除物理胚性能滿足標準要求外,其C3A含量不超過8%,同時猝為防止堿集料反應(yīng),應(yīng)盡量時

8、采用低堿水泥,我們選用了“科華”牌水泥。粉煤灰在本項的混凝土施工過程中鍥,摻入一定量的粉煤灰,這餾樣可改善混凝土的抗腐蝕性烀能,因為首先用火山灰質(zhì)混蔸合材將降低水泥中的C3A和C3S的含量,相當于在夥混凝土中所用的膠結(jié)材料是搞低C3A和低C3S的水泥佐。其次這些火山灰質(zhì)混合材黥的水泥水化過程中產(chǎn)生Ca嫗(OH)2,引起化學反應(yīng)閃生成C-S-H凝膠,除了消除一部分Ca(OH)2外,還能提高強度。Ca(卜OH)2的消除將減輕其膨劓脹危害,強度的提高則能限嘎制其膨脹。C-S-H凝膠忐的產(chǎn)生使結(jié)構(gòu)致密,降低了液SO42-滲透進混凝土的能力。所以我們選用了江西氯貴溪電廠級粉煤灰。砂迦為降低混凝土中的Cl

9、-含量,我們選用了級配良好閽、含泥量等符合標準的中砂纟。卵石通常,天然礫石佩呈圓形,具有光滑的表面結(jié)據(jù)構(gòu);破碎的巖石表面具有粗牛糙結(jié)構(gòu),粗糙度取決于巖石彥類型及所選擇的破碎設(shè)備。戚破碎的骨料可以含有相當數(shù)量的扁平和長條顆粒,這類砰顆粒對混凝土許多性質(zhì)起不良影響。呈高度蜂窩狀的浮棹石輕骨料同樣呈多角形和粗噫糙結(jié)構(gòu),但陶?；蝽搸r輕骨闞料通常呈圓形和光滑結(jié)構(gòu)。擼為提高混凝土密實度,我們孀選用連續(xù)級配卵石配制防巛腐混凝土。防腐劑為了抑制混凝土的侵蝕,并對市楠場上的調(diào)查,我們選定了N忻F-C耐腐蝕防水劑,此劑哮具有一定的引氣和減水功能,降低了混凝土的用水量,艱在混凝土中形成大量的密閉榍、均勻的微氣孔,改

10、善了混孕凝土的孔結(jié)構(gòu),提高了混凝唯土的密實度。3防腐混凝渣土配合比設(shè)計根據(jù)設(shè)計說明及現(xiàn)場取樣的水質(zhì)分析報匈告來確定混凝土配合比設(shè)計的防腐等級,高水泥用量低醢滲透性的混凝土具有較高的抗硫酸性能,因此在混凝土施工過程中應(yīng)盡量提高其抗霰滲性。除了增加水泥用量外,另外一個重要措施就是降覲低水灰比,一般情況水灰比榕低則混凝土致密,抗?jié)B性也撐相應(yīng)地提高。按試配強度艨計算水灰比按公路混凝允土與砌體工程施工規(guī)范(鐙TB10210-2001杳/J118-2001)中表環(huán)境水對混凝土侵蝕類型癆及侵蝕程度的判斷的判定規(guī)炸則(見表2),永坎銅礦改澳線工程的地表水水質(zhì)屬中等侵蝕,所以根據(jù)表混凝土受頌硫酸鹽、鹽類結(jié)晶或溶

11、出型蜿侵蝕的防護措施的規(guī)定(見亡表3),其最大水灰比應(yīng)小洫于,要求抗?jié)B等級P8。計算水泥用量、粉煤灰用量根據(jù)防腐混凝土施工工藝噱要求確定坍落度為305蝤0mm。通過混凝土拌合物霪性能試驗選擇用水量171忱kg/m3。粉煤灰采用外加法,摻入量為水泥用量的30%。水泥用量C芑O=171/=398kg喪。粉煤灰用量Fm=C0教30%=39830%衫=119kg。計算砂石蹙用量按假定容量法240瑙0kg/m3計算,砂率取伐%。砂用量Sm=558緋kg,石用量G0=113祧6k計算外加劑用量按匭計算的水泥用量C0計算外加劑用量,按8%最佳摻量凋摻入。根據(jù)實測容重調(diào)整置混凝土的原材料用量4正磯交試驗設(shè)計選

12、擇因素水平剎因素水平詳見表4。汕由極差大小可知:NF-C耐腐蝕防水劑對混凝土抗孓壓強度的影響最大,粉煤灰對混凝土抗壓強度的影響次詢之。計算表明,A因素和B洋因素三個水平測值的和,均割以第一水平為最大,即粉煤灰摻量越小,NF-C耐腐漬蝕防水劑摻量最佳時,混凝煙土抗壓強度越大。正交試褳驗結(jié)果與極差分析L9(墨34)正交試驗結(jié)果及極差七分析詳見表5。方差分析這L9(34)正交試驗結(jié)蝦果及方差分析詳見表6、表嘬7。上述試驗數(shù)據(jù)分殆析表明,NF-C耐腐蝕防寅水劑和粉煤灰對混凝土抗壓嫗強度的影響均是顯著的。且腧國內(nèi)外大量試驗已經(jīng)證明粉薌煤灰的活性一般在后期得到發(fā)揮,它對混凝土的后期強度有較大貢獻,有利于后

13、期菱強度的發(fā)展。所以本次試驗澹沒有再取60天和90天齡搬期的抗壓強度來驗證這一點至。5搗實和養(yǎng)護正確搗蠆實可提高混凝土的密實度,周避免過振而使浮漿過厚,確殼保抹壓及時不出現(xiàn)塑性裂縫謫,同時認真對施工縫和細部娶結(jié)構(gòu)進行微處理,可阻止SO42-向混凝土內(nèi)部滲透,而潮濕養(yǎng)護則是混凝土強度發(fā)展的重要因素,對于摻崤礦物摻合料特別是摻粉煤灰聆的混凝土,更應(yīng)該加強潮濕哺養(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。特別罾是露天構(gòu)筑物,盡管當?shù)貪襁苟群艽?但是由于吹風影響咿,加速了混凝土水分蒸發(fā)速椋度,亦即增加干縮速度,容易引起早期表面裂縫,這也陡是夏季比秋季、南方比北方疑出現(xiàn)結(jié)構(gòu)裂縫較多

14、的原因。狂不少結(jié)構(gòu)在澆注完了36個月,甚至在12年內(nèi)出現(xiàn)裂縫,除荷載問題外,主要還是環(huán)境溫度和風速引起摁的收縮變形所致。有些基礎(chǔ)愾不及時復土,出入口長期敞薇開,局部防水層破壞不及時餛修補,這些與施工和建設(shè)方匠對結(jié)構(gòu)維護缺乏認識有關(guān)。叱因此,在施工和使用過程中巨,我們重視已澆結(jié)構(gòu)的保溫氈、保濕維護工作,除確保其夠強度達到規(guī)定強度等級10箸0%外,盡量減少“熱脹冷痙縮”之影響。6應(yīng)用效果在施工過程中我們對防腐混邦凝土的試件進行了抗?jié)B試驗,水壓力加至時,試件均未昀出現(xiàn)滲水,其抗?jié)B等級全部掩能夠滿足設(shè)計要求,同時其籜相對應(yīng)的混凝土試件進行抗憚壓強度試驗,其強度等級也達到了設(shè)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。7