滨海火电厂砼结构防腐配合比设计思路

刘清瑞

【摘要】滨海火电厂砼结构受海水侵蚀，结构耐久性、稳定性受到很大影响。本文从印尼明古鲁2×100MW燃煤电站砼配合比设计入手，研究如何提高砼自身的抗腐蚀能力，保证结构安全和使用年限。

【关键词】滨海砼结构 防腐配合比 设计思路

1工程概况

印尼明古鲁2×100MW燃煤电站位于苏门答腊岛明古鲁市东南方向15km。本厂建构筑物地下为钢筋混凝土基础，地上为钢结构。

地质勘测显示厂区地下水主要为孔隙潜水，水量丰富，雨季地下水埋深0～1.2m;厂区东西两面邻海，距印度洋200m，上部地层为粉细砂层，地下水与海水贯通。

研究表明在海水或类海水的环境下，主要由SO42-、Cl-对砼造成侵蚀。SO42-进入砼内部，与水泥固相发生化学反应，生成难溶的矿物盐类，然后吸收大量的水，体积膨胀破坏混凝土;Cl-通过扩散、毛细管、渗透等方式进入混凝土内部达到钢筋表面，造成钢筋锈蚀。

Mehta在1991年“第二届混凝土耐久性国际学术会”指出：钢筋腐蚀是砼结构耐久性降低甚至破坏的首要原因。

本厂的取水泵房和箱涵、码头处于海水直接腐蚀环境中，其他建构筑物地下基础也在近似海水的土体中。

水质报告显示Cl-含量为17649.92 mg/L，SO42-含量为2778.17mg/L，根据岩土规范[[]《岩土工程勘察规范》GB50021-2001（2009年版）]“表12.2.1按环境类型水和土对混凝土腐蚀性评价”，厂址环境类型属Ⅱ类，干湿交替环境有强腐蚀性。根据混凝土结构耐久性设计规范[[]《混凝土结构耐久性设计规范》GBT50476-2008 ] “表 6.2.1海洋氯化物环境的作用等级”，该厂址环境等级等同于III-C类;根据第6.1.1条规定“氯化物环境中配筋混凝土结构的耐久性设计，应控制氯离子引起的钢筋锈蚀”。

2.配合比设计

2.1相关文献成果

砼腐蚀过程中，其内部结构均经历一个先由于腐蚀产物的填充作用而逐渐密实再过渡到由于腐蚀产物继续产生和膨胀，使密实度逐渐降低，最后发展为结构破坏的过程[[]  李树忱，张峰，祝金鹏.海水侵蚀环境下混凝土力学性能劣化试验[J].公路交通科技，200912，第26卷12期：38]。

掺加矿粉等掺合料的混凝土耐受硫酸盐、盐酸、宏观腐蚀能力远远高于普通混凝土[[]蔡良才，付亚伟，吴永根，等.无机聚合物混凝土的腐蚀耐久性能研究[J]. 混凝土，2011，256（2）：38.]。

礦渣粉的掺量百分比对砼抗氯离子渗透性的改善效果最为显著，还对砼的工作性能、强度和抗渗透性的综合性能影响显著。氯离子侵入砼内部引起钢筋锈蚀膨胀，结构产生微裂纹，为更多地侵蚀介质提供渗透通道，是导致砼结构耐久性失败的关键原因之一[[]占宝剑，水中和，徐金.海水寝室环境下混凝土配合比的优化设计[J].第七届全国混凝土耐久性学术交流会论文集，2008：260]。

普通混凝土掺入粉煤灰、高炉矿渣等掺料，来提高混凝土在特定条件下所需要的特定性能，……低水灰比、高效减水剂以及高性能掺和料的使用，使得混凝土密实度相对提高以及水泥颗粒的解聚和粒径范围的扩大所获得的良好的微观结构[[]王东晖.《杭州湾大桥混凝土结构防腐方案构思》.铁道标准设计，2003 （5）]。

胶砂强度试验结果表明，掺加矿物掺合料的胶材体系早期和后期胶砂强度均表现出比纯水泥胶砂体系无可比拟的优越性[[]聂法智，王天柱，李丽霞.混凝土后期强度评定的研究及应用[J].粉煤灰综合利用，2008（1）：40-42.]。

2.2配合比设计思路

砼的抗腐蚀能力有两方面：砼内部致密，无裂缝、麻面、孔洞等缺陷，不给海水渗入侵蚀的“可乘之路”;再就是给砼外面穿“防护服”，从外部阻断海水侵蚀混凝土。

根据厂址所处环境和上述文献的成果，本文从提高砼自身抗腐蚀性能入手，探讨配合比设计思路。

砼配合比狭义上是指确定砼中各原材料的用量，以获得特定性能砼的过程。广义上讲，综合考虑建筑物结构、原材料性能、施工工艺等因素，结合砼拌合物的性能，将配合比指标从抗压强度为主转变为耐久性为主，通过矿物掺合料和外加剂的应用，提高砼的性能要求。

首先添加抗硫酸盐外加剂、矿粉。该种材料可以和海水中腐蚀砼的物质结合，形成不溶性盐类或者螯合物。还能扩散到砼内部加强其致密性，阻止有害物质渗透到砼内部，提高防腐性能。另外，掺入具有活性的矿粉，减少水泥用量，能有效降低水化热、防止温度裂缝。

其次找到最佳水胶比。降低水胶比和塌落度、增加和易性都能增强砼的内部致密性。低塌落度还能减少塑性变化产生裂缝的几率。

第三根据上部结构施工计划，充分利用60天强度。

2.3材料选择

选用材料：印尼产OPCⅡ型水泥、S95级矿渣微粉;当地天然河砂、卵石破碎的（1/2）和（2/3）2种碎石;山西华凯伟业HK-JS-1型高性能缓凝减水剂、HK-FH型抗硫酸盐防侵蚀减水剂。

2.4配合比计算和试配

根据《普通混凝土配合比设计规程[[]《普通混凝土配合比设计规程 》JGJ55-2011] 》JGJ55-2011，进行配合比计算与试配。

1）对于环境等级III-C类砼最大水胶比（W/B）max=0.45，每个等级砼配合比采用3个水胶比，差值为0.05。

2）胶材用量按式计算： mb0=mw0/（W/B）。

其中：mb0为每立方砼中胶凝材料用量（kg/m3）

mw0为每立方砼用水量（kg/m3）

3） 粗骨料最大粒径25mm，减水剂为胶凝材料用量的1.8%和1.7%。

4）根据骨料的技术指标、砼拌合物性能要求，根据施工和易性确定砼砂率βs值。

5）根据质量法计算粗细骨料的用量，砼假定容重为2380kg/m3。

如表1、表2所示，通过掺加矿粉、防腐减水剂，利用60d强度等手段，水胶比为0.39，提高了砼的抗氯离子渗透性和抗腐蚀性能。

经反复试验，码头C40P8设计配合比为：

3结论

本文参照相关研究文献，论述了配合比设计思路对砼自身抗腐蚀性能的重要性。

采用60d强度，施工配合比的水泥用量比计算量减少70kg/m3，砼水化热得到有效控制，减少了温度裂缝出现的几率。为今后滨海砼结构防腐提供了思路和案例。

砼防腐效果仍需长期监测，以验证实际防腐效果。