外加剂与矿物掺合料对钢筋混凝土电杆防腐蚀性能的影响分析

唐占荣，叶海龙，康海平，李丹阳，薛守洪

（1.内蒙古电力（集团）有限责任公司巴彦淖尔电业局，巴彦淖尔 015000；2.内蒙古电力科学研究院，呼和浩特 010020）

1 引言

内蒙古西部地区地处河套平原腹地，土壤盐碱化程度高，含有大量可溶性盐，如硫酸盐、氯化物等，而且冬季负温持续时间长，极端天气下冻融循环频繁发生。在盐类侵蚀和冻融循环的双重作用下，该地区输电用钢筋混凝土电杆经常出现钢筋锈蚀、混凝土开裂剥落的现象，尤其电杆表面出现裂缝时，腐蚀性介质进入结构内部会更加容易，腐蚀速率会随钢筋暴露面积增大而加快。

2 钢筋混凝土电杆腐蚀原因分析

2.1 盐类侵蚀

钢筋混凝土电杆是由水泥、砂子、碎石、水、减水剂混合而成的混凝土与钢筋或钢丝制成的电杆，在使用过程中，土壤中硫酸根离子进入混凝土后与氢氧化钙反应生成石膏，石膏与水化铝酸钙反应生成钙矾石，钙矾石的不断形成会使混凝土内部产生应力，破坏微观结构，进而导致混凝土开裂、机械强度下降。此外，氯离子在混凝土中以结合氯和游离氯2种形式存在，当氯离子穿过钝化膜扩散到钢筋表面时，钝化膜逐渐被破坏，暴露出的铁基体与钝化膜构成腐蚀电池，发生电化学腐蚀反应导致钢筋锈蚀。当硫酸根离子与氯离子同时存在时侵蚀机理较复杂，有研究者认为在混凝土开裂前，硫酸根离子与氯离子的扩散存在相互制约。潘从玲等[1]发现阳离子类型影响氯离子的存在形式，钾离子、钠离子会使部分结合氯被释放，镁离子、钙离子会使结合氯增多。由此可知，盐离子的扩散、吸附等行为与混凝土组分、配比、微观结构及水泥水化过程有很强的相关性。

2.2 冻融循环破坏

当外界温度变化引起水发生相变与迁移时，混凝土结构电杆在经历冻融循环时不断发生收缩与膨胀。在内部应力的持续作用下，微裂纹出现并发展为裂缝，混凝土结构受到不可逆损伤、耐久性下降。盐类侵蚀与冻融循环共存时的腐蚀机理更为复杂，胡孔亮等[2]发现当冻融循环次数较少时，钢筋在氯盐作用下锈蚀，混凝土与钢筋的黏结力增大，当冻融循环次数较多时，冻胀使结构损伤严重，黏结力随氯盐含量增多而下降。

3 钢筋混凝土电杆防腐蚀国内外研究现状分析

为了防止混凝土结构被腐蚀破坏，研究者们大多采用矿物掺合料提高材料抗渗性或向混凝土中掺入外加剂的方法来提高其耐久性。外加剂一般包括减水剂、引气剂、早强剂、缓凝剂等。减水剂是最常用的化学外加剂，使用减水剂可以在减少用水量的同时保持水泥浆的坍落度基本不变，提高混凝土的密实度和可加工性。聚羧酸类减水剂因其减水性能较好而使用量较大，主要通过在粒子表面的吸附发挥作用，但由于其与不同粒子的吸附力不同，因此，可能出现与混凝土组分不相容的问题。

使用引气剂是提高混凝土结构抗冻融性最有效的方法之一。引气剂引入的气泡可以缓冲冻融循环过程中混凝土结构收缩膨胀产生的应力并阻断部分毛细管通路，抑制微裂缝产生，但是引气剂的加入可能会影响混凝土结构的抗渗性。Eskandari等[3]发现引气剂加入量不当会降低钢筋混凝土结构的抗氯离子侵蚀性能。刘姓硕等[4]发现当冻融循环次数较少时，增加引气剂含量不能改善混凝土的抗氯离子渗透性。因此，应合理引气，使气泡小而均匀，同时提高混凝土的抗冻融性与抗盐类侵蚀性。

早强剂是一种通过调节水泥凝结和硬化速率来提高混凝土早期强度的外加剂，这种外加剂可以缩短工期，提高试模周转率，在冬季抢修等需要加快工作进度的场合发挥重要作用。宋云连等[5]发现，掺加了早强剂的混凝土试模吸水率较低、抗冻系数和平均抗压强度较高，而且早强剂含量越高效果越显著，说明早强剂能够在一定程度上提升混凝土材料的抗冻性能。

缓凝剂能够延缓混凝土的凝结与硬化，避免因温度应力而产生裂缝,提升混凝土的可加工性，金小磊等[6]以葡萄糖酸钠作缓凝剂时发现当掺量过大时会使混凝土抗压强度下降。

防冻剂可以通过增加盐浓度来降低凝固点，并加快水泥中铝酸三钙和硫酸三钙的水化速率，使强度较快增长，受冻结后混凝土结构的开裂与其微观孔结构有很强的相关性。Wang等[7]发现当混凝土受冻结后孔隙率及平均孔径增大、分形维数变小，说明混凝土密实度及抗渗性下降。

与此同时，研究者们发现向混凝土中掺加矿物掺合料也可以提高混凝土结构的耐久性，江涛等[8]发现适量掺入粉煤灰可以提高混凝土的致密性，增强其抗氯离子侵蚀能力，Kapoor等[9]发现硅粉和偏高岭土均能够抑制氯离子渗透，丁红霞等[10]发现向混凝土中大量掺入矿渣可以提高材料的抗冻性能，冯勇等[11]发现用钢渣部分替代混凝土中的骨料时可以提高混凝土结构抗硫酸盐与镁盐侵蚀的性能，而且钢渣粒径越小效果越好。

在钢筋混凝土电杆防腐蚀的问题上，综合考虑认为应复合使用外加剂与矿物掺合料，提高材料抗冻融性能与抗盐侵蚀性能，延长电杆使用寿命的同时提高工业副产品的再利用率。如Kumar等[12]复合掺入10% 超细粒化高炉矿渣及2%硝酸钙可以提高混凝土结构的抗压强度及混凝土与钢筋的黏结强度，而且硝酸钙可以有效改善混凝土结构的可加工性，在不同配比试块的吸水率及氯含量检测中，复合掺入10% 超细粒化高炉矿渣及2% 硝酸钙的混凝土结构的抗冻融循环性能及抗盐类侵蚀性能最好，这是因为超细粒化高炉矿渣的加入使得结构内部孔隙变小，吸水率下降。而且硝酸盐在水中的溶解度大于氯化物及硫酸盐，因此，硝酸钙的加入使得混凝土中部分氯离子及硫酸根离子被替代。

4 结论与展望

复合使用矿物掺合料及外加剂能够提高钢筋混凝土的机械性能及耐腐蚀性，将这种复合掺加方法应用于内蒙古西部高盐碱区钢筋混凝土电杆的生产中或可以改善腐蚀现状，可以将电厂产生的大量粉煤灰作矿物掺合料，辅以引气剂、减水剂或缓蚀剂等或可提高电杆的抗冻融性能及抗盐类侵蚀性能。但是该方法的成功运用与多种因素有关，首先，需要选择合适的矿物掺合料与外加剂，使二者在一定配比下发挥协同作用；其次，要确定掺加方法、规范操作步骤；最后，要借助多种检测手段全面评估混凝土试块的工作性能，确保工程质量。