宋守尧

摘要:建筑结构防腐与裂缝控制是一个系统工程,近10年来,我国工民建向长期化、复杂化发展,商品混凝土普及应用,混凝土强度等级从C30向C50发展,这些因素导致钢筋混凝土结构开裂的机率增多。

Abstract:Anti-corrosion and cracks in structural control is a systematic project. In the recent 10 years, the civil construction in our country has developed towards long term using and complicated to construct. The ready-mixed concrete is used more widely and the strength grade changes from C30 to C50. These factors increase the possibility of the cracking of reinforced concrete structures.

关键词:防腐混凝土;岩土结构;应用

Key words: ant-corrosion concrete; geotechnical structure; application

中图分类号:TU528文献标识码:A文章编号:1006-4311(2010)04-0219-01

1硫酸盐腐蚀机理

硫酸盐腐蚀是指环境中的SO42-与硬化水泥浆的某些组分(水化硫铝酸钙、氢氧化钙)起化学反应,生成二水石膏或钙钒石,其相同体积比反应物增加1倍多,在水泥石内部产生很大的膨胀应力,造成混凝土膨胀开裂以至毁坏。

环境水中的SO42-含量不同,能使硬化水泥浆产生不同性质的腐蚀,当SO42-浓度较低时,它使硬化水泥浆产生硫铝酸钙腐蚀,当SO42-浓度>1000mg/L时,除了硫铝酸钙腐蚀外,还会产生石膏型的腐蚀。

从腐蚀的实际过程来看,硫铝酸钙腐蚀是由于生成钙矾石,最初使硬化水泥浆变得密实,强度增加。但随着钙矾石生成量的继续增多,产生局部膨胀压力,使结构胀裂,强度下降而破坏,在遭受硫铝酸钙腐蚀的试体上面可看到较大裂缝,而石膏的腐蚀是先经历一个强度降低的过程,继之膨胀、开裂。混凝土后期膨胀出现裂缝,主要原因是:(1)水泥中游离CaO过高,Ca(OH)2体积膨胀所致;(2)水泥中MgO过高,Mg(OH)2体积膨胀所致;(3)水泥和外加剂碱含量过高,与集料中活性硅等发生碱-集料反应所致;(4)有害离子Cl-、Mg2+等侵入混凝土内部,导致钢筋锈蚀或形成二次钙矾石膨胀破坏所致。

2防腐混凝土原材料的选择

2.1 水泥国内外有关资料的分析表明,在水泥的各个主要矿物组成中,C3A的含量大小对水泥的抗硫酸盐侵蚀能力影响最大,其次取决于C3S含量。

2.2 粉煤灰在本项的混凝土施工过程中,掺入一定量的粉煤灰,这样可改善混凝土的抗腐蚀性能,因为首先用火山灰质混合材料将降低水泥中的C3A和C3S的含量,相当于在混凝土中所用的胶结材料是低C3A和低C3S的水泥。其次这些火山灰质混合材料的水泥水化过程中产生Ca(OH)2,引起化学反应生成C-S-H凝胶,除了消除一部分Ca(OH)2外,还能提高强度。Ca(OH)2的消除将减轻其膨胀危害,强度的提高则能限制其膨胀。C-S-H凝胶的产生使结构致密,降低了SO42-渗透进混凝土的能力。

2.3 砂为降低混凝土中的Cl-含量,我们选用了级配良好、含泥量等符合标准的中砂。

2.4 卵石通常,天然砾石呈圆形,具有光滑的表面结构;破碎的岩石表面具有粗糙结构,粗糙度取决于岩石类型及所选择的破碎设备。破碎的骨料可以含有相当数量的扁平和长条颗粒,这类颗粒对混凝土许多性质起不良影响。呈高度蜂窝状的浮石轻骨料同样呈多角形和粗糙结构,但陶粒或页岩轻骨料通常呈圆形和光滑结构。为提高混凝土密实度,我们选用0.5~4.0cm连续级配卵石配制防腐混凝土。

2.5 防腐剂为了抑制混凝土的侵蚀,经对市场上的调查,我们选定了NF-C耐腐蚀防水剂,此剂具有一定的引气和减水功能,降低了混凝土的用水量,在混凝土中形成大量的密闭、均匀的微气孔,改善了混凝土的孔结构,提高了混凝土的密实度。

3防腐混凝土配合比设计

3.1 按试配强度计算水灰比按《公路混凝土与砌体工程施工规范》(TB10210-2001/J118-2001)中表C.0.2环境水对混凝土侵蚀类型及侵蚀程度的判断的判定规则。

3.2 计算水泥用量、粉煤灰用量根据防腐混凝土施工工艺要求确定坍落度为30~50mm。通过混凝土拌合物性能试验选择用水量171kg/m3。粉煤灰采用外加法,掺入量为水泥用量的30%。

水泥用量CO=171/0.43=398kg。

粉煤灰用量Fm=C0×30%=398×30%=119kg。

3.3 计算砂石用量按假定容量法2400kg/m3计算,砂率取38.0%。

砂用量Sm=558kg,石用量G0=1136k

3.4 计算外加剂用量按计算的水泥用量C0计算外加剂用量,按8%最佳掺量掺入。

3.5 根据实测容重调整混凝土的原材料用量。

4捣实和养护

正确捣实可提高混凝土的密实度,避免过振而使浮浆过厚,确保抹压及时,不出现塑性裂缝,同时认真对施工缝和细部结构进行微处理,可阻止SO42-向混凝土内部渗透,而潮湿养护则是混凝土强度发展的重要因素,对于掺矿物掺合料特别是掺粉煤灰的混凝土,更应该加强潮湿养护。

施工过程中由于混凝土保温、保湿养护不到位,容易产生收缩裂缝。特别是露天构筑物,尽管当地湿度很大,但是由于吹风影响,加速了混凝土水分蒸发速度,亦即增加干缩速度,容易引起早期表面裂缝,这也是夏季比秋季、南方比北方出现结构裂缝较多的原因。不少结构在浇注完3~6个月,甚至在1~2年内出现裂缝,除荷载问题外,主要还是环境温度和风速引起的收缩变形所致。有些基础不及时复土,出入口长期敞开,局部防水层破坏不及时修补,这些与施工和建设方对结构维护缺乏认识有关。因此,在施工和使用过程中,我们重视已浇结构的保温、保湿维护工作,除确保其强度达到规定强度等级100%外,尽量减少“热胀冷缩”之影响。

5应用效果

在施工过程中我们对防腐混凝土的试件进行了抗渗试验,水压力加至1.1kPa时,试件均未出现渗水,其抗渗等级全部能够满足设计要求,同时其相对应的混凝土试件进行抗压强度试验,其强度等级也达到了设计要求。该防腐蚀堵漏效果工程完成2年后回访,防腐蚀堵漏效果显著而无任何新的问题产生。

6结束语

通过对混凝土机理的研究和环境的分析,结合试验数据,确定了通过掺入外加剂进行有机补偿和施工合理的控制,对增强混凝土的耐久性、延长混凝土建筑物使用寿命具有很强的现实意义。同时从环保角度和避免重复建设角度考虑,防腐蚀混凝土的前景令人乐观,具有较高的经济价值。