硫酸鹽離子對(duì)普通混凝土的影響

硫酸鹽離子對(duì)普通混凝土的影響

0兩閘的安全鑒定問(wèn)題獨(dú)流減少河流的防洪港位于大清河和子牙河的交匯處。這是流量減少河流的第一個(gè)工程。主要用于在大清河洪峰期直接從獨(dú)流減少河流，確保天津和天津浦鐵路和大清河下游人民的生命財(cái)產(chǎn)安全。其次，洪水后，為了減少水面徑流，可以排除捐款。獨(dú)流減河進(jìn)洪閘樞紐由南閘、北閘組成,北閘在左,南閘在右,兩閘中間有一島隔開(kāi),南閘較北閘偏向下游100m。兩閘室軸線平行布置,軸線中心線的間距為450m。北閘建成于1953年,南閘建成于1969年,工程經(jīng)多年運(yùn)用后,兩閘均存在基礎(chǔ)沉降、閘室整體抗滑穩(wěn)定不足、交通橋標(biāo)準(zhǔn)低及工程老化嚴(yán)重等諸多問(wèn)題。因此,在2000年對(duì)該閘做了全面的質(zhì)量檢測(cè)及復(fù)核計(jì)算,同年7月水利部海河委員會(huì)組織專家組對(duì)該閘進(jìn)行了安全鑒定,被評(píng)定為三類閘,故急需除險(xiǎn)加固。這次除險(xiǎn)加固的目的除了要消除已存在的險(xiǎn)情外,還要求根據(jù)《天津城市防洪規(guī)劃》的要求,將獨(dú)流減河的設(shè)計(jì)泄洪能力由原規(guī)劃的3200m3/s增加到3600m3/s,同時(shí)要求獨(dú)流減河進(jìn)洪閘還應(yīng)滿足排澇、蓄水灌溉和引水等綜合利用的要求。該除險(xiǎn)加固工程于2005年4月開(kāi)工建設(shè),建成后的北閘為13孔、南閘為27孔(南、北兩閘的閘孔凈寬均為9.5m,閘墩厚均為1.2m),進(jìn)洪閘的工作閘門均為露頂式平面定輪鋼閘門,采用2×160kN固定卷?yè)P(yáng)式啟閉機(jī)操作。1地下水的水質(zhì)與水量閘址區(qū)勘探深度35.0m范圍內(nèi),除表層為人工填土(mlQ)或混凝土底板外,其下所揭露的地層均為第四系全新統(tǒng)(Q4)沉積物,按其巖性特征、沉積環(huán)境、時(shí)代可劃分四大層,即人工填土(mlQ)、第四系全新統(tǒng)第一陸相層(alQ43)、第四系全新統(tǒng)第一海相層(mQ42)和第四系全新統(tǒng)第二陸相層(alQ41)。土質(zhì)以壤土及砂壤土為主,中間夾有1層平均厚度為6.5m的粉細(xì)砂。兩閘址的淺層地下水均為孔隙潛水,主要由大氣降水和河水補(bǔ)給,地下水水位受季節(jié)和河水的影響而略有變化。通過(guò)對(duì)閘址地區(qū)地下水的水質(zhì)分析得知,地下水中SO42的最大含量為418.82mg/L,此外還含有K+、Na+、Mg2+等陽(yáng)離子和HCO-、Cl-、CO32-等陰離子。硫酸鹽在我國(guó)的含量非常豐富,分布也非常廣泛。我國(guó)每年由于混凝土受腐蝕所造成的經(jīng)濟(jì)損失至少要在400億元以上,其中硫酸鹽侵蝕就是主要因素之一。獨(dú)流減河進(jìn)洪閘閘址地區(qū)的地下水因SO42的含量大,因此在進(jìn)行除險(xiǎn)加固時(shí)需要考慮混凝土抗硫酸鹽侵蝕的問(wèn)題。2混凝土的化學(xué)變化混凝土由于受環(huán)境水或地下水中的硫酸鹽離子的影響,其表面被侵蝕剝落的現(xiàn)象非常普遍。尤其在硫酸鹽離子濃度高的地方及水位變化區(qū),沒(méi)有采取任何預(yù)防措施的普通混凝土表面可以在短短的幾個(gè)月內(nèi)被剝蝕、脫落,造成鋼筋的保護(hù)層減小甚至露筋的現(xiàn)象,這直接影響工程的運(yùn)行,威脅建筑物的安全。環(huán)境水對(duì)混凝土的腐蝕可劃分為分解類、結(jié)晶類及分解結(jié)晶復(fù)合類3種類型。硫酸鹽對(duì)混凝土的侵蝕機(jī)理比較復(fù)雜,其發(fā)生化學(xué)變化后的生成物也較多,主要受環(huán)境水中含有的陽(yáng)離子(如Na+、Mg2+等)及陰離子(如SO42-、Cl-、CO32-、Al2O66-等)的種類和數(shù)量的影響。在單純的硫酸鹽溶液中,混凝土受腐蝕會(huì)發(fā)生以下變化:混凝土中的NaSO4和MgSO4吸水分別形成NaSO4·10H2O和MgSO4·7H2O使體積膨脹4～5倍,造成結(jié)晶壓力而產(chǎn)生裂縫;硫酸鹽離子與硬化混凝土中的Ca(OH)2反應(yīng)產(chǎn)生石膏(CaSO4)·2H2O,石膏的形成又導(dǎo)致混凝土剛度、強(qiáng)度的降低而引起軟化。混凝土受腐蝕的主要化學(xué)方程式為:Ca(OH)2+Na2SO4+2H2O→CaSO4·2H2O+NaOHCa(OH)2+MgSO4+2H2O→CaSO4·2H2O+Mg(OH)2當(dāng)硫酸鹽溶液中含有可溶性的陽(yáng)離子(如Na+、K+)時(shí),硫酸鹽與C3A反應(yīng)生成鈣礬石并體積膨脹,再加上混凝土抗拉強(qiáng)度低的弱點(diǎn),使得混凝土在膨脹壓力下破壞。如果混凝土受SO42-和CO32-的共同侵蝕,會(huì)有硅灰石膏產(chǎn)生,發(fā)生硅灰石膏型硫酸鹽侵蝕(thaumasiteformofsulfateattack,TSA)。硅灰石膏直接使水泥中水化硅酸鈣(CSH)凝膠體分解,使混凝土完全變成一種無(wú)強(qiáng)度的果肉狀爛泥,因而它的破壞性更強(qiáng),近年來(lái)受到各國(guó)學(xué)者的高度重視。3腐蝕分布及程度分析按環(huán)境水中硫酸鹽離子的含量,可將其對(duì)混凝土的腐蝕分成表1所示的4種程度。依照表1的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn),獨(dú)流減河進(jìn)洪閘的環(huán)境水對(duì)普通混凝土具有中等腐蝕性。4抗凍、抗?jié)B等級(jí)綜合考慮獨(dú)流減河進(jìn)洪閘所處的環(huán)境、氣候及環(huán)境水等因素,選擇混凝土的強(qiáng)度等級(jí)不小于C25、抗凍等級(jí)不小于F150、抗?jié)B等級(jí)不小于W4。施工單位據(jù)此要求及地下水中富含SO42的實(shí)際情況,進(jìn)行了摻SK-D抗硫酸鹽侵蝕劑的混凝土配合比試驗(yàn),最終選定的抗硫酸鹽侵蝕混凝土配合比見(jiàn)表2。5混凝土的復(fù)配(1)混凝土攪拌站應(yīng)嚴(yán)格控制外加劑的摻量,設(shè)置專人加強(qiáng)管理,避免造成摻量不足的現(xiàn)象。(2)現(xiàn)場(chǎng)拌制的混凝土的拌和時(shí)間要比普通混凝土延長(zhǎng)30s,以保證外加劑拌和均勻。(3)混凝土在施工時(shí)應(yīng)布料均勻、振搗密實(shí),澆注完成后應(yīng)及時(shí)養(yǎng)護(hù),在養(yǎng)護(hù)期內(nèi)應(yīng)保證混凝土表面濕潤(rùn)。6其他機(jī)械、物理作用(1)SK-D抗硫酸鹽侵蝕劑是由優(yōu)化級(jí)配的礦物摻和料、增強(qiáng)填料、分散劑及減水劑等組成。在混凝土中摻入6%～10%水泥用量的抗硫酸鹽侵蝕劑,可提高混凝土的抗硫酸鹽侵蝕的能力,但其實(shí)際的摻量應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定。(2)環(huán)境水對(duì)混凝土的腐蝕除化學(xué)作用外,還有機(jī)械、物理作用的影響。(3)在不同氣候條件下,腐蝕介質(zhì)對(duì)混凝土的腐蝕作用是不同的。在寒冷的氣候條件下,硫酸鹽的腐蝕能力強(qiáng)。(4)混凝土越密實(shí)、抗?jié)B標(biāo)號(hào)越高,則其耐腐蝕性越好。所以,當(dāng)采用上述標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行判別時(shí),混凝土的抗?jié)B標(biāo)號(hào)不應(yīng)小于W4、水灰比不應(yīng)大于0.6。(5)水泥的組分及其含量對(duì)混凝土的硫酸鹽侵蝕有很大的影響,其中C3A、C3S是2個(gè)重要指標(biāo)。若C3A含量過(guò)高,易于生成過(guò)多的膨脹性產(chǎn)物鈣礬石,導(dǎo)致混凝土膨脹破壞