氯鹽環(huán)境下鐵路混凝土配合比參數(shù)的探討

1、    氯鹽環(huán)境下鐵路混凝土配合比參數(shù)的探討    張篩成【摘要】 氯鹽環(huán)境下鐵路混凝土的耐久性是指混凝土在實(shí)際使用條件下對(duì)抗各種破壞因素的作用以及長(zhǎng)期保持強(qiáng)度和外觀完整性的能力。影響混凝土耐久性的因素有很多，由于氯鹽濃度和氣候環(huán)境的不同，混凝土的破壞程度也不盡相同。本文通過(guò)對(duì)氯鹽環(huán)境下鐵路混凝土配合比例進(jìn)行研究，分析混凝土在各自環(huán)境中的耐久性?！娟P(guān)鍵詞】鐵路混凝土；配合比例；耐久性；隨著我國(guó)工程建設(shè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，混凝土自問(wèn)世以來(lái)，已逐漸成為在土木工程中用途最廣的一種建筑材料。與其他建筑材料相比，混凝土最突出的特點(diǎn)就是經(jīng)久耐用。然而，我們開(kāi)始研究氯鹽環(huán)

2、境下鐵路混凝土配合比參數(shù)進(jìn)行研究，同時(shí)對(duì)混凝土的耐久性又呈現(xiàn)出了不同的特點(diǎn)。1、混凝土的耐久性1.1耐久性的概念混凝土的耐久性主要包括二個(gè)方面，一是抵抗外部環(huán)境作用以保證正常使用的能力；二是如何長(zhǎng)期保持良好的使用性能和外觀穩(wěn)定性以維持其結(jié)構(gòu)的安全。根據(jù)相關(guān)試驗(yàn)的研究與分析和對(duì)一些工程事故的調(diào)查研究表明，影響混凝土耐久性失效的原因大致可以分為以下幾類(lèi)：滲透，凍融，堿集料反應(yīng)，鋼筋的腐蝕，混凝土的碳化以及化學(xué)侵蝕等。1.2破壞耐久性的機(jī)理分析1.2.1滲透混凝土滲透性能的好壞主要是看液體通過(guò)混凝土?xí)r的流暢性。液體進(jìn)入混凝土內(nèi)部后，混凝土?xí)?duì)液體的滲透產(chǎn)生抵抗，也就是混凝土的抗?jié)B性。由于水和有害液體

3、的滲入會(huì)對(duì)混凝土的耐久性造成破壞，因此混凝土阻礙液體流入的能力越好，其耐久性就越強(qiáng)，使用壽命也就越長(zhǎng)。為了提高混凝土的抗?jié)B性，我們可以采用高性能的混凝土。通過(guò)摻合料和摻加外加劑，提高混凝土的穩(wěn)定性和適用性。這種拌合料不僅便于澆筑密實(shí)，而且在凝結(jié)過(guò)程中體積變得穩(wěn)定，不易形成微細(xì)裂縫，抗?jié)B性也有顯著的提高。1.2.2凍融針對(duì)混凝土的凍融破壞，國(guó)內(nèi)外已經(jīng)展開(kāi)了大量的調(diào)查研究。在我國(guó)北方地區(qū)，混凝土凍融破壞的現(xiàn)象很是普遍?；炷聊讨?，內(nèi)部的孔隙中遺留了一些通過(guò)孔隙進(jìn)入的水和硬化后殘存的游離水。當(dāng)氣溫下降時(shí)，孔隙中遺留的水分就會(huì)結(jié)冰，體積隨之膨脹，從而破壞了混凝土的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。如果毛細(xì)孔所承受的膨脹壓

4、力和滲透壓力超過(guò)了混凝土的強(qiáng)度后，混凝土的孔壁結(jié)構(gòu)就遭到了破壞，混凝土就會(huì)開(kāi)裂。經(jīng)過(guò)反復(fù)的凍融循環(huán)后，每一次凍融造成的破壞不斷積累，斷開(kāi)的裂縫就會(huì)不斷延伸以至相互貫通，最終造成混凝土的強(qiáng)度下降。如此說(shuō)來(lái)，在凍融破壞的過(guò)程中，混凝土內(nèi)部的孔隙起著重要的作用。因此，我們應(yīng)該選擇質(zhì)地堅(jiān)硬致密且含泥量達(dá)標(biāo)的砂、石骨料，改善骨料的粒徑級(jí)配，盡量選擇粒徑較大的粗骨料，以減小孔隙率，提高混凝土的耐久性。此外，我們還可以通過(guò)添加減水劑或引氣劑來(lái)減小空隙率，緩沖孔隙中的水分凍融時(shí)產(chǎn)生的破壞，提高混凝土的密實(shí)度。1.2.3堿集料反應(yīng)堿集料反應(yīng)可以分為兩種反應(yīng)：一種是堿硅反應(yīng)，一種是堿碳酸鹽反應(yīng)。前者是非石英質(zhì)系結(jié)

5、構(gòu)不穩(wěn)定的硅礦物中的活性硅和水泥中的堿在高堿性的環(huán)境下發(fā)生的反應(yīng)。后者是孔隙溶液中的堿離子與集料中的白云石發(fā)生的反應(yīng)。一般情況下，混凝土在澆注成型后的兩、三年或更長(zhǎng)的時(shí)間里，其中的堿和集料中的活性成分會(huì)發(fā)生膨脹反應(yīng)，該反應(yīng)會(huì)引起混凝土的開(kāi)裂和微結(jié)構(gòu)變化，導(dǎo)致混凝土失去強(qiáng)度、彈性和耐久性，從而嚴(yán)重影響建筑的安全性。值得注意的是，到目前為止，在實(shí)際的工程操作中還沒(méi)有一種切實(shí)可行的措施可以抑制堿碳酸鹽反應(yīng)，因此這種反應(yīng)又被稱(chēng)為混凝土的“癌癥”。1.2.4鋼筋的腐蝕早在2001年，梅塔教授就發(fā)表了“鋼筋腐蝕是破壞鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的主要原因”的重要觀點(diǎn)，國(guó)內(nèi)外的大量實(shí)踐也證明了這一觀點(diǎn)，百分之八十出現(xiàn)耐久

6、性問(wèn)題的工程都是由鋼筋腐蝕引起的。從環(huán)境的角度而言，腐蝕確實(shí)是影響影響鋼筋混凝土耐久性的主要因素之一，對(duì)于海洋工程來(lái)說(shuō)甚至可以說(shuō)是關(guān)鍵因素。在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中，鋼筋腐蝕主要表現(xiàn)為電化學(xué)腐蝕。氫氧化鐵的體積在電化學(xué)腐蝕反應(yīng)中會(huì)膨脹，當(dāng)這種膨脹超過(guò)了混凝土的極限時(shí)，混凝土就會(huì)被脹裂。裸露在外的鋼筋在與空氣的接觸中加速腐蝕，最終加快對(duì)混凝土的破壞。要解決這個(gè)問(wèn)題，我們除了在施工階段選擇優(yōu)良的材料外，還要注意對(duì)混凝土構(gòu)件進(jìn)行適時(shí)的養(yǎng)護(hù)。防止過(guò)早的拆模，保持混凝土構(gòu)件所處環(huán)境的干燥。對(duì)于在特殊條件和特殊季節(jié)下的施工，有關(guān)人員也應(yīng)該因地制宜，針對(duì)具體環(huán)境采取相應(yīng)措施。1.2.5混凝土的碳化混凝土的碳化主要

7、是指混凝土中的氫氧化鈣與進(jìn)入混凝土中的二氧化碳和二氧化硫、硫化氫等酸性氣體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的過(guò)程。簡(jiǎn)言之，碳化就是混凝土的中性化過(guò)程。雖然碳化過(guò)程可以使混凝土的體積縮小，結(jié)構(gòu)變得更加密實(shí)，但是隨著碳化的加深，混凝土的酸堿值不斷降低至八到九之間，當(dāng)碳化層的厚度深及鋼筋表面時(shí)，鋼筋由于失去堿性環(huán)境的保護(hù)而開(kāi)始生銹，從而引發(fā)混凝土出現(xiàn)裂縫，粘結(jié)力也會(huì)隨之下降，嚴(yán)重的還會(huì)導(dǎo)致鋼筋保護(hù)層的脫落。2、氯鹽環(huán)境中鐵路混凝土配合比參數(shù)研究由于氯鹽濃度的不同，混凝土的耐久性在這兩種不同的環(huán)境中所受的破壞程度也不盡相同。北方沿海地區(qū)的混凝土破壞主要是凍融破壞和鋼筋銹蝕，在東南沿海地區(qū)則以鋼筋銹蝕為主。而在西部鹽湖地區(qū)

8、就不存在凍融破壞的問(wèn)題，混凝土的耐久性需要面對(duì)的是鹽湖鹵水的化學(xué)侵蝕和鋼筋腐蝕。2.1東部沿海地區(qū)鐵路混凝土配合比根據(jù)調(diào)查，在天津?yàn)I海地區(qū)的鹽漬土環(huán)境中，混凝土結(jié)構(gòu)的腐蝕很?chē)?yán)重，一般在使用七、八年后就需要大面積的整修。例如，在1988年投入使用的天津鐵路，就是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，在使用八年后就發(fā)現(xiàn)被嚴(yán)重腐蝕，不得不重新建設(shè)。在東部沿海地區(qū)，耐久性出現(xiàn)問(wèn)題的碼頭等海洋工程主要都是由鋼筋腐蝕引起的。早在1976年建成的連云港雜貨碼頭在使用四年后就出現(xiàn)鋼筋腐蝕，1979年建成的天津港客運(yùn)碼頭在使用不到十年的時(shí)間里，前承臺(tái)面板就有出現(xiàn)了一半左右的鋼筋腐蝕現(xiàn)象。2.2西部鹽湖地區(qū)在西部鹽湖鹵水干濕交替環(huán)境的

9、影響下，普通混凝土在使用兩、三年后就會(huì)被嚴(yán)重侵蝕，一般的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在使用了三到五年后也會(huì)出現(xiàn)開(kāi)裂現(xiàn)象。以青海省格爾木鉀鎂廠為例，該廠以察爾汗鹽湖鹵水為原料，生產(chǎn)硫酸鎂和硫酸鉀，廠房?jī)?nèi)的鋼筋混凝土大梁就因鋼筋銹蝕而冒出銹水。而在青海鹽湖鉀肥的一個(gè)廠區(qū)里，由于對(duì)被腐蝕的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行了不恰當(dāng)?shù)恼充摷庸?，?dǎo)致鋼板和混凝土梁被腐蝕的更加嚴(yán)重，鋼筋截面甚至出現(xiàn)銹斷。調(diào)查表明，在西部鹽湖地區(qū)，被鋼筋銹蝕而破壞的混凝土結(jié)構(gòu)主要是在地上三十厘米高度的范圍內(nèi)。在以鹽湖鹵水為原料進(jìn)行生產(chǎn)的化工企業(yè)中，為了防止辦公樓和車(chē)間的混凝土結(jié)構(gòu)被腐蝕，施工方會(huì)就對(duì)其采用環(huán)氧玻璃鋼或是環(huán)氧漆涂層的防護(hù)措施。但是由于西部陽(yáng)光強(qiáng)烈，紫外線輻射嚴(yán)重，建筑內(nèi)部的混凝土結(jié)構(gòu)還是受到了腐蝕。3、結(jié)束語(yǔ)近年來(lái)，我國(guó)的工程建設(shè)規(guī)模日益宏達(dá)，每年的工程投入資金就高達(dá)兩萬(wàn)億元，其所需的維修費(fèi)用更是驚人。為了保持我國(guó)經(jīng)濟(jì)更好更快的發(fā)展，提高混凝土使用的耐久性便成為了基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)亟待解決的問(wèn)題。目前，相關(guān)部門(mén)和研究所已經(jīng)開(kāi)始重視這個(gè)問(wèn)題，相信在不久的將來(lái)，高性能的混凝土就會(huì)