低Cl-渗透抗腐蚀混凝土的配制与应用

高芳胜，尤立峰

（深圳市安托山混凝土有限公司，深圳 518040）

1 前言

混凝土是工程中用量最多的建筑材料，钢筋混凝土结构结合了钢筋与混凝土的优点，造价较低，是世界上应用最为广泛的结构形式。然而许多国家都面临着混凝土结构提前失效或早期损坏的问题，其原因部分是由于结构设计的抗力不足造成的，有的是由于使用荷载的不利变化引起的，但更多的是由于结构耐久性不足导致的。特别是沿海及近海地区的混凝土结构，由于海洋环境对混凝土的腐蚀，导致钢筋锈蚀而使结构发生早期损坏，丧失了结构的耐久性能。我国东南沿海有着绵长的海岸线，内陆还有大片的盐渍地区，据统计，在这些地区每年国家因混凝土及钢筋腐蚀所造成的经济损失以亿元计，严重影响了我国的经济发展和现代化建设进程。我国正处于经济高速发展时期，许多耗资巨大的重要建筑，如跨海大桥、大坝、沿海地区地下工程等，已经或即将开工建设，这些在海洋、盐渍土壤等环境条件下混凝土结构的耐久性自然成为土木工程界关注的焦点。为此，设计低Cl-渗透抗腐蚀混凝土，并在海岸工程(如港口、跨海大桥等)和离岸工程(如大型深水码头等)中使用便非常重要。

2 混凝土配合比设计思路和原材料选择

2.1 设计思路

通过掺加一种或多种矿物掺合料来增强混凝土的抗Cl-渗透性能，从而提高混凝土的抗腐蚀性能达到混凝土的耐久性要求。试验主要依据 《海港工程混凝土结构防腐蚀技术规范》JTJ275-2000以及相关的国家标准、规范。

2.2 原材料选用

2.2.1 水泥

通过对质量稳定的小野田、华润、鱼峰、粤秀等多种水泥进行试验，综合对比各种水泥对外加剂的适应性、标准稠度、和易性和强度发展特性等试验结果，选用日本进口的小野田P·O42.5级水泥，其有关性能指标如表1所示。

2.2.2 河砂

深圳地区的建筑用河砂主要来源为东莞和肇庆。东莞河砂均取自珠江入海口，颗粒级配比较稳定，但含泥量和泥块含量波动较大，氯离子含量比较高。肇庆河砂取自西江内河，不含氯离子。选用肇庆河砂，其性能指标如表2所示。

表1 水泥性能指标

表2 混合砂性能指标

2.2.3 石子

选用安托山石场的5～25mm碎石。该石场的石子级配比较好，石子没有潜在碱活性反应，其性能指标如表3所示。

2.2.4 粉煤灰

选用Ⅰ级粉煤灰，利用粉煤灰特殊的物理化学作用，改善混凝土的抗腐蚀能力，提高混凝土的密实性。根据以往的试验数据和工程要求,决定选用妈湾电厂的Ⅰ级粉煤灰，其性能指标如表4所示。

表3 石子性能指标

表4 I级粉煤灰性能指标 %

2.2.5 外加剂

选用我单位生产的ATS-SP1缓凝高效减水剂。其检验结果表5所示。

2.2.6 矿渣粉

表5 减水剂检验结果

选用韶关钢铁公司的S95级矿渣粉，其性能指标如表6所示。

表6 S95级矿粉性能指标

2.2.7 膨胀剂

选用北京中岩的ZY型高性能膨胀剂。

3 低Cl-渗透抗腐蚀混凝土的配制

根据氯离子对混凝土的侵蚀机理，通过前期的一些试配工作，筛选出的混凝土试验配合比见表7。

表7 试验配合比 (材料用量 kg/m3 )

相应试配混凝土的工作性能和性能检测结果见表8及图1。

表8 混凝土的工作性能和检测结果

试验结果表明，掺用掺合料能够显著提高混凝土的抗氯离子渗透性能。单掺一种矿物掺合料，对提高混凝土抗氯离子性能作用从大到小依次是膨胀剂、矿渣粉、粉煤灰；掺两种矿物掺合料，膨胀剂和矿渣粉一起使用效果最好，膨胀剂和粉煤灰次之。同时掺膨胀剂、粉煤灰和矿渣粉的效果最好，由于膨胀剂的价格比较高，从经济性考虑，建议掺优质的粉煤灰和矿渣粉，这两种掺合料同时掺入基本能够配制出6小时电通量小于1000C的混凝土。矿物掺合料的掺入改善了水化产物的微观结构和组成比例，明显提高了混凝土的抗氯离子渗透性能。由于矿物掺合料有填充效应，使混凝土结构更加密实，大大降低了混凝土的孔隙率，减少了氯离子渗透的通道，从而提升了混凝土的耐久性。因此选用优质的矿物掺合料不失为配制高抗氯离子渗透能力混凝土的有效途径。

表9 配合比

表10 检测结果

4 工程应用

4.1 工程概况

广深港客运专线起于新广州站、途径东莞市、深圳市、终于香港西九龙站，是国家铁路“四纵四横”客运专线的重要组成部分。高速铁路列车时速可达每小时350公里。其中位于深圳市的广深港客运专线福田站暨综合交通枢纽工程，位于西起新洲路、东至金田路、北至福中路、南至福华路城市核心区域，总建筑面积约22万m2,总投资约70亿元。将在2011年6月建成并投入使用。它是集高速铁路、城际铁路、地铁、公交以及出租车站等多种交通设施于一体的综合交通枢纽工程。车站总长1024m，宽78m，共设8线4站台，为地下三层站，地下埋深30米以下。地下一层为换乘大厅、地下二层站厅层、地下三层为站台层。设计使用年限100年。

4.2 工程指标要求

结构主体混凝土的主要技术指标要求为：强度等级：C40P12；坍落度：160～200mm；56d龄期的混凝土试件的电通量 （抗Cl-渗透性能）：＜1000C；胶凝材料抗腐蚀系数＞0.85。

4.3 混凝土配合比

如表9。

4.4 检验结果

如表10。

从检测结果看，所配制混凝土56d龄期的电通量及胶凝材料抗腐蚀系数均满足工程的设计要求。

5 结论

在混凝土中掺入一定量的掺合料如粉煤灰、矿渣粉、膨胀剂等都能有效的增强混凝土的抗氯离子渗透性能，使混凝土具有更好的耐久性。一般泵送混凝土都掺有粉煤灰，只要再掺入一定比例的矿渣粉就能配制出6小时电通量小于1000C的混凝土，如再掺入膨胀剂效果会更好。