在海水环境下,其氯离 子渗透深度只有普通混凝土的25%,其抗氯离子侵蚀能力至少为普通混凝土的3~4倍。 文中简介了大掺量矿渣微粉 抗海水腐蚀混凝土在一些工程中的应用情况。 通过试验研究和工程应用,提出了大掺量矿渣微粉抗海水腐蚀混凝土 设计和施工的原则。
关键词矿渣微粉;抗海水腐蚀;混凝土 中图分类号TB37 文献标识码A由于氯盐侵蚀、硫酸盐侵蚀、干湿交替、海水冲刷以及碳化等原因,一些近海的混凝土坝闸、涵、 渡槽出现了混凝土开裂和钢筋的严重锈蚀现象。 有些水闸的混凝土闸门使用不到10年即已报废,这些 都严重影响了水工建筑物的正常运行。 究其原因,在设计这些水工建筑物时没有考虑环境因素对混凝 土结构物的损害,设计标准及施工质量偏低。
国内学者在抗海水腐蚀混凝土的机理方面进行了较深 3,4 入的研究 ,但在应用方面的研究则非常欠缺,使得抗海水腐蚀混凝土迟迟不能大规模应用于实际工 5 程。 本文介绍大掺量矿渣微粉抗海水腐蚀混凝土的研究思路以及在实际工程中的应用情况,并提出大掺量 矿渣微粉抗海水腐蚀混凝土设计和施工需遵循的原则。 1提高混凝土抗海水腐蚀能力的技术措施处于海洋和近海环境中的钢筋混凝土结构,其过早破坏的主要原因是海水中氯离子的侵蚀。
当混凝土 长期受到海水或盐雾的侵蚀时,海水或盐雾中的氯离子侵入混凝土内部,当钢筋附近的混凝土中氯离子浓 度达到一定水平时,钢筋的钝化膜被破坏,从而导致钢筋的锈蚀及膨胀,最终引起混凝土保护层的开裂和脱 落。 收稿日期2004-03-28 基金项目广东省水利厅科技计划项目(粤水计199965号) 作者简介莫海鸿(1955-),男,广东广州人,博士,教授,主要从事土木工程与建筑材料方面研究。 这两个技术措施须同时采用,单纯采用其中的一种措施虽然 能够增强混凝土抵抗海水侵蚀的能力,但其混凝土的耐久性仍增加不够大。 从提高混凝土密实性的角度来看,在混凝土中采用较多的胶凝材料和使用较低的水胶比是必须的。
从对混凝土进行改性的角度来看,在混凝土中掺加矿物掺合料是必须的。 目前采用较多的技术措施包括(1)硅灰或者硅灰和粉煤灰(或矿渣微粉)复合使用。 如丹麦大贝尔特 海峡工程(硅灰和粉煤灰复掺,其中硅灰掺量5%~8%,粉煤灰掺量10%以上,硅灰和粉煤灰总掺量小于25%)和 7 香港青马大桥工程(主塔楼混凝土配方采用5%硅灰和65%矿渣微粉复掺);(2)粉煤灰。 贺鸿珠等人 的研究 表明,当粉煤灰取代水泥量为16%时,混凝土的耐海水性能远优于普通混凝土;(3)大掺量矿渣微粉。 上述几种技术措施而言,由于硅灰价格高,而且产量较低,除非是特别重要的工程,在海工工程中不 应作为方案。 粉煤灰虽然价格便宜,但优质的Ⅰ级粉煤灰产量较少,而产量较大的Ⅱ级、Ⅲ级粉煤灰的 质量波动较大,因此在海工工程中亦不作为方案。 矿渣微粉的供应充足,而且价格与水泥相近,符合经 9 综合考虑技术性能 济性原则,并且掺加粉煤灰混凝土的抗海水腐蚀能力也不如掺加矿渣微粉混凝土的好。 和经济性,在海工混凝土中采用大掺量矿渣微粉是一种较好的技术途径,应作为方案。 62大掺量矿渣微粉抗海水腐蚀混凝土的研制根据上述对提高混凝土抗海水腐蚀能力的分析,作者确立了以低水灰比和大掺量矿渣微粉为主要技术 措施的研究思路。 自1999年3月开始,首先进行了砂浆和混凝土的室内试验,试验结果表明,采用低水胶比和 大掺量矿渣微粉以及高效减水剂配制的大掺量矿渣微粉抗海水腐蚀混凝土的抗氯离子侵蚀和抗硫酸盐侵 10 蚀能力均较普通混凝土高。 为进一步研究大掺量矿渣微粉抗海水腐蚀混凝土的抗海水侵蚀能力,从2001年开始作者在广东省吴川 市进行了为期3年的野外现场试验,在不同海水浸泡龄期,利用染色法测定混凝土中氯离子的渗透深度。
野外试验采用珠江水泥厂生产的P·Ⅱ42.5硅酸盐水泥,番禺市凤山实业总公司生产的矿渣微粉(比表 2 面积为400m /kg),格雷斯高效减水剂,骨料为中砂和5~25mm连续级配的花岗岩碎石。 混凝土的水胶比为 0.36,砂率为36%,坍落度为40~60mm。 据此 推算,大掺量矿渣微粉抗海水腐蚀混凝土的耐久寿命至少为普通混凝土的3~4倍,这一研究结果与文献3 一致。
3工程应用及建议3.1 川市 吴杨镇低 埇 ? 排水闸 闸门重建 工程的应用 吴川市吴阳低埇排水闸位于鉴江出海口的河堤 边,常年处于海水腐蚀状态,导致排水闸的6扇钢筋混凝土闸门严重腐蚀,钢筋锈蚀严重,闸门严重损毁。
该 排水闸每扇闸门高4.2m、宽2.1m、厚15cm,使用只有不到8年。 作者应用大掺量矿渣微粉混凝土技术对低埇 排水闸钢筋混凝土闸门进行重建。 施工时混凝土和易性好,坍落 度符合施工要求。 澄海市外砂桥闸位于韩江下游五个出海口之一的西溪河 3.2 澄海 市外 砂桥 闸重 建工 程中 的应 用 系外砂河中部,是以挡潮、御咸和蓄淡为主要功能,兼具灌溉、供水、交通、航运和发电等功能的综合大型 水利工程。
外砂桥闸建成于1959年,因近年来闸下河床下切,消能防冲设施屡次遭冲刷破坏,经安全鉴定为 四类水闸,须报废重建。 外砂桥闸重建工程为原址重建,主要建筑物为2级,次要建筑物为3级,按50年一遇防 洪标准设计。 枢纽工程主要由东、西拦河闸、水电站、交通桥组成。 工程总投资概算为18453.95万元,预 3 制和现浇混凝土总方量为60897m。
根据提高混凝土耐久性的技术措施,在外砂桥闸重建工程混凝土的配合比设计时,充分考虑了提高混 凝土耐久性的技术途径、施工条件以及原材料供应等多方面的因素,最终确定了混凝土的原材料和配合比。 试验结果显示,混凝土的坍落度和强度性能均满足设计要求。 根据混凝土抗氯 离子腐蚀试验结果,在混凝土保护层相同的情况下,大掺量矿渣微粉抗海水腐蚀混凝土的耐久寿命至少为311水2005 年 7 月利学报第 36 卷 第7期SHUILIXUEBAO普通混凝土的3~4倍。