铁山港跨海大桥混凝土抗腐蚀研究

铁山港跨海大桥混凝土抗腐蚀研究 铁山港跨海大桥混凝土抗腐蚀研究 !"##年$期!总第$%期"!-*"" 铁山港跨海大桥混凝土抗腐蚀研究 邓廷权# ! #0长沙理工大学 湖南(长沙(/#"""" !0广西交通科学研究院 广西(南宁(*)"""# 摘(要 通过正交试验 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 了水泥 砂 石品种对混凝土抗硫酸盐侵蚀能力的影响 结果表明 水泥品种是影响混凝 土抗渗性的关键影响因素 普通硅酸盐水泥应用在地下工程结构中较硫酸盐水泥更耐侵蚀 对)种外加剂的试验表 明 外加剂中硫酸根离子的含量对混凝土抗硫酸盐侵蚀能力影响较大 在硫酸根丰富的地下环境中 配制混凝土所用 的外加剂中应严格控制硫酸根离子含量 这些研究成果已成功应用于铁山港跨海大桥 关键词 桥梁工程 水泥混凝土 硫酸盐侵蚀 钢筋锈蚀 外加剂 中图分类号 .//(((((文献标识码 1 ((据统计#世界各国的腐蚀损失平均可占国民生产 总值!PU+"的!92/9'其中与钢筋腐蚀有关的 占/"9$另据报道#仅桥梁而言#美国的*$0*万座 钢筋混凝土桥#一半以上存在腐蚀破坏情况#/"9承 载力不足#必须进行修复或加固处理$ 钢筋混凝土的腐蚀是一个比较复杂的物理%化学 和物理化学变化的过程$其腐蚀的原因可能是单一 的#也可能是多种因素综合交替作用的结果$混凝土 的腐蚀一般可分为溶蚀型的腐蚀%离子交换腐蚀%结 晶膨胀腐蚀)种类型$ 铁山港跨海大桥位于广西境内#是合浦至山口 高速公路的重要连接部分$由于此桥梁所处环境的 特殊性#海水成为影响其抗锈蚀能力的主题$海水 中含有IJAK%IJ!VD/%X5VD/等多种盐类#和一般 环境相比#考虑本地区桥梁的抗硫酸盐侵蚀是考虑 其抗锈蚀能力的关键部分$在桥梁的钢筋混凝土结 构中#硫酸盐的结晶膨胀一方面加剧了混凝土结构 的裂缝'另一方面裂缝的形成为加速结构中钢筋的 腐蚀破坏提供契机$混凝土结构的裂缝会增加混凝 土的渗透性#加速混凝土的碳化和侵蚀性介质的侵 蚀#使钢筋的腐蚀加重#反过来#钢筋的腐蚀膨胀 又会造成混凝土裂缝的进一步扩张#二者互成因 果#相互促进$ 本文针对铁山港跨海大桥所处的特殊环境#从硫 酸盐侵蚀的角度研究原材料对其抗腐蚀能力的影响$ 硫酸盐侵蚀是结晶膨胀腐蚀的一种#它深刻的影响着 混凝土的耐久性#是影响因素最复杂%危害性最大的 一种侵蚀$混凝土浇注初期#水泥水化生成物与硫酸 盐溶液接触时会发生一连串化学反应#最终导致混凝 土受到侵蚀#甚至破坏$ !"钢筋混凝土的硫酸盐侵蚀 混凝土中钢筋的腐蚀大多为电化学腐蚀$结合电 化学腐蚀机理和条件#影响混凝土钢筋锈蚀的主要因 素包括&湿度%硫酸盐%氯离子%混凝土密实度和保 护层厚度等$较一般环境想比#跨海大桥混凝土的硫 酸盐尤为重要$ 钢筋混凝土的硫酸盐侵蚀破坏是一个极其复杂的 物理化学过程$侵蚀的实质是外界的VD'! /离子通过 孔隙进入混凝土内部并与水泥的水化生成物AW和 A,W,V等反应生成膨胀性物质#从而产生膨胀应 力$当膨胀内应力超过混凝土的抗拉强度时#混凝土 即产生裂缝$结构内部的钢筋暴露在侵蚀介质中#钢 筋即受到腐蚀$钢筋腐蚀膨胀扩张了裂缝#促使侵蚀 介质沿着生成的裂缝入侵到混凝土更深处#进而继续 与相关水化生成物发生进一步反应#最终导致混凝土 结构物完全丧失其承载能力$ #"水泥 砂 石种类对硫酸盐侵蚀的影响 实际工程中#硫酸盐水泥和硅酸盐水泥%以及普 通硅酸盐水泥相比在防止混凝土硫酸盐侵蚀方面的应 用较多$然而#从混凝土的抗渗性考虑#硫酸盐水泥 是否仍有优势$ #(!"试验方法 分别选取)个不同品种的水泥%砂%石#按/因 素)水平的6%!)/ "正交表安排试验#各因素水平表 如表#所示#对混凝土试件的抗渗性%重量%强度进 行评估$ 桥隧工程 !-+""!"##年$期!总第$%期" 表#(正交试验因素水平表 水平 因素 >碎石1河砂A水泥空列 #合浦石灰石合浦中砂硫酸盐水泥 !百色石灰石邕宁粗砂普通硅酸盐水泥 )合浦花岗岩南宁中砂硅酸盐水泥 ((试验采用江西IQ'!"""0型和广西泰隆.IQ' *W型两种萘系减水剂#用量分别为!0/*@5%#0"/@5# -级粉煤灰#配合比如表!所示$依据*公路工程水 泥及水泥混凝土试验规程+!O?PT)"'!""*"进行# 成型%种因素水平组合不同的试件$每种组合成型! 组#"";#"";/""33混凝土抗弯拉试件%#组混凝土 抗渗试件$ 表!(配合比 水泥粉煤灰水砂石子减水剂 /#*#*7/#0*$*%#"#/!0/*=#0"/ 天后#将 ((混凝土抗弯拉试件在标准养护室养护$ 其中#组试件放入#*9的IJ!VD/溶液中#浸泡/天# 7"F下烘干)天#如此反复$另#组试件放入饱和石 灰水溶液中做对比试验#浸泡/天#风干)天#如此 反复$两组试件均从泡水之日起#测混凝土试件%" 天重量损失%抗弯拉强度$抗渗试件测定渗水高度$ #(#"试验结果与分析 按照!0#节进行试验#6%!)/ "正交试验结果见 如表)所示$经方差分析#影响试件渗水高度%重量 损失%抗弯拉强度的影响次序和影响分析介绍如下$ 表)(6% )/ 正交试验结果 组合渗水高度433重量损失45抗弯拉强度4X+J #%")!//0) !)7)$/0! )*%#"#)0% /)%//)07 **/#!#/0# &%))$")0% $&!#"%/0) 7#"#)*7/0* %)&/)/0! #(#(!"影响混凝土渗水高度的各因素主次排序 影响混凝土渗水高度的因素从大到小依次为&水 泥8砂8碎石$即&水泥种类是影响混凝土渗水高度 的主要因素$混凝土中的孔隙主要有)种#第#种是 水泥石的孔结构'第!种是由于水泥砂浆离析%泌水 而造成的内泌水孔隙'第)种为拌和%振捣%成型时 不可避免带入的自然气孔或外加剂人工引入的气孔$ 第#%!种孔隙大部分是开孔孔隙#第)种大部分是 闭孔孔隙$通过试验结果分析#显然第#种孔隙即水 泥石的孔结构是影响影响混凝土渗水高度的主要 因素$ #(#(#"水泥品种对混凝土抗渗性能的影响 从混凝土渗水高度试验结果分析#影响混凝土抗 渗性能的主要因素是水泥品种#各水泥品种抗渗性能 从好到差依次为&普通硅酸盐水泥8硅酸盐水泥8抗 硫酸盐水泥$硫酸盐水泥混凝土试件%"天渗水高度 是硅酸盐水泥的#0$倍#是普通硅酸盐水泥的!07 倍$究其原因$硫酸盐水泥抗渗性能差是因为用其拌 制大坍落度混凝土#保水性能较差#泌水性大#混凝 土孔隙率大幅提高#导致混凝土抗渗性能下降$ #(#('"砂%石骨料对混凝土抗渗性能的影响 对正交试验结果进行方差分析表明#符合规范使 用要求的粗%细骨料#即使级配有所差异%吸水率有 所变化#但对混凝土抗渗性能变化不大$ #(#()"硫酸盐侵蚀下混凝土重量变化 影响%"天混凝土试件重量损失的因素主次顺序 为水泥8碎石8河砂'各水泥品种影响混凝土试件重 量损失的从大到小的顺序依次为&普通硅酸盐水泥8 硅酸盐水泥8硫酸盐水泥$ #(#(*"硫酸盐侵蚀下混凝土强度变化 在#*9的IJ!VD/溶液侵蚀下#影响%"天混凝 土抗弯拉强度因素主次顺序为碎石8水泥8河砂'影 响%"天混凝土抗压强度因素主次顺序为河砂8水泥 8碎石$各水泥品种中混凝土抗弯拉强度从大到小的 顺序依次为&硫酸盐水泥8硅酸盐水泥8普通硅酸盐 水泥$ 但由于水泥品种不是影响混凝土强度的主要因 素$对正交试验结果进行方差分析#在#*9的 IJ!VD/溶液侵蚀下#碎石%河砂%水泥等因素对混 凝土抗弯拉强度指标的影响均不显着$因此#只要混 凝土配合比设计合理#采用普通硅酸盐水泥或抗硫酸 盐水泥配制的混凝土#在硫酸盐侵蚀下混凝土强度影 响不大$ '"外加剂种类对硫酸盐侵蚀的影响 除水泥品种%砂石种类外#外加剂对硫酸盐侵蚀 的影响也不容忽视#本章选用)种不同的外加剂!江 !"##年$期!总第$%期"!-,"" 西武冠牌RP型%南宁科达oI>型%江西IQ'!""" 0型和泰隆.IQ'*W型复合使用"#物理性质指标 如表/所示#比较试件腐蚀前后的重量%强度$ 表/(外加剂物理化学性能 外加剂品种 减水率 49 泌水率 49 含气量 49 抗压强度比49 )天$天!7天 IJ!VD/ 49 IQk!"""0型#%0*7#0!!07#%/#7)#*/)0$$ .IQk*W#70"7!0#!0*#**#/)#!)&0$# RP型!#0!7)0!!0$#7*#$*#/7#70" oI>型#/077/0)!0$#*##//#!//0*7 '(!"试验方法 使用)种外加剂#采用表*所示配合比#分别拌 制)组相同同坍落度的混凝土#每组分别成型&块 #"";#"";/""33抗折试件%&块#*";#*";#*"33 抗压试件%和)块抗渗试件$ 抗折试件先在标准养护室养护$天后#将#其中 )块试件放入#*9的IJ!VD/溶液中#浸泡/天# 7"F下烘干)天#如此反复$另外)块试件则放入饱 和石灰水溶液中#浸泡/天#风干)天#如此反复$ 从泡水之日算起%"天后#测混凝土试件重量%抗弯 拉强度%抗压强度$ 表*(各配合比材料用量表4@5 3') 试验 编号 水 鱼峰普 硅水泥 田东粉 煤灰 合浦石 灰石 合浦 河砂 外加剂及用量 O'##*7/#*/#0*#"#/0!$*% IQ'!"""0型&!0/* .IQ'*W&#0"/ <'!#*7/#*/#0*#"#/0!$*%RP型&)0)! S')#%"/#*/#0*#"#/0!$*%oI>型&&0!!* ((然后做如下指标的比较&#重量变化率:!腐蚀 后重量'腐蚀前重量"4腐蚀前重量;#""9'$混凝 土抗压腐蚀系数:腐蚀后混凝土抗压强度4同龄期石 灰水中混凝土抗压强度'%混凝土抗折腐蚀系数:腐 蚀后混凝土抗折强度4同龄期石灰水中混凝土抗折 强度$ '(#"试验结果与分析 按照)0#节试验方法#%"天后#混凝土试件重 量变化率及抗压腐蚀系数%抗弯拉腐蚀系数如表& 所示$ '(#(!"江西IQ'!"""0型=泰隆.IQ'*W型复合 减水剂!O'#"的试件 ((在#*9的IJ!VD/溶液侵蚀下#混凝土抗弯拉强 度腐蚀系数为"0%)#混凝土抗压强度腐蚀系数为 #0##'与本身试件初始值对比#%"天混凝土试件平 均长度增加了"0!%9#%"天混凝土试件平均重量增 加了!0&*9$ O'#配合比#由于掺了两种外加剂#起到了-# =#8!.的超叠效应#减水效果较好#同时本身硫酸 钠含量较低#因此在#*9的IJ!VD/溶液快速侵蚀 下#混凝土试件重量变化不大#混凝土抗弯拉%抗压 强度腐蚀系数均大于"0%#与其他两组试件相比#表 现出了较好的抗硫酸盐侵蚀性能$ 表&(不同品种的外加剂混凝土性能试验结果 试验 编号 混凝土 容重4 @5(3') 坍落度 463 抗弯拉强度抗压强度 硫酸盐 溶液 石灰水 溶液 硫酸盐 溶液 石灰水 溶液 重量变 化百分 率49 O'#!)*7!!)0%#/0!!*#0!/&0)'"0#* <'!!/!*!##07$/0"")*0&/&0&'"0$* S')!/#*!#"/0)%!#0*/70*'#*0%# ((注&-'.表示重量的减少$ '(#(#"掺江西武冠牌RP减水剂!<'!"的试件 在#*9的IJ!VD/溶液侵蚀下#混凝土抗折强度 腐蚀系数为"0/$#混凝土抗压强度腐蚀系数为"0$&' 与本身试件初始值对比#%"天混凝土试件平均重量 减少了"0$*9$混凝土试件已开裂#混凝土抗弯拉 强度降低明显$ 在混凝土中掺江西武冠牌RP减水剂#混凝土加 水量及混凝土拌和物坍落度与掺江西IQ'!"""0型 =泰隆.IQ'*W型复合减水剂相同#即减水效果与 O'#混凝土一样#但由于江西武冠牌RP减水剂硫 酸钠含量达#79#混凝土中本身带入的硫酸盐是O' #混凝土的)07倍#因此在高浓度的硫酸盐侵蚀下# 抗硫酸盐性能较差$ '(#('"掺南宁科达oI>减水剂!S')"的试件 在#*9的IJ!VD/溶液侵蚀下#混凝土抗折强度 腐蚀系数为"#混凝土抗压强度腐蚀系数为"0//'与 本身试件初始值对比#%"天混凝土试件平均重量减少 了#*0%#9$混凝土试件已严重开裂及局部断裂#无 法进行混凝土抗弯拉强度试验$ 由于该外加剂减水率较低#要拌制与O'#%<' !相同坍落度的混凝土#必须多加水#因此导致混凝 土游离水分增多#硬化后的混凝土孔隙增多#硫酸盐 易渗入混凝土中#反应生成的钙矾石和石膏引起体积 膨胀#混凝土表面局部开裂#重量减少#最终导致混 凝土试件断裂#丧失构件强度$ 桥隧工程 !--""!"##年$期!总第$%期" )"研究成果在铁山港跨海大桥中的应用 根据第)节研究成果#要配制防腐蚀的高性能混 凝土的关键技术是要选用优质的配合比%选择合适的 水泥品种和外加剂%限制混凝土最大水灰比和最小水 泥用量$为此#我们针对铁山港跨海大桥原施工所用 混凝土原材料和配合比#提出了改进措施$ )(!"掺合料的选择 在原混凝土配合比设计 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 中#只在桩基混凝土 中掺#*9粉煤灰#而其他部位的混凝土中均未掺任 何掺合料$已有研究表明#掺用优质掺合料#由于掺 合料发挥了火山灰活化效益%颗粒形态效益和微集料 填充效应#有效填充和封堵混凝土中毛细孔#从而显 着改善骨料与水泥浆体界面区显微组织#减少微裂 缝#阻止了AD!%D!%W!D和侵蚀介质的渗入#提高 混凝土对钢筋的保护能力$因此#高性能的防腐蚀混 凝土必须掺用掺合料$ )(#"水泥品种的选择 进行下构部位混凝土配合比设计时#原施工方案 拟采用硅酸盐水泥及抗硫酸盐水泥$由上述研究可 知#硫酸盐水泥与普通硅酸盐水泥%硅酸盐水泥相 比#用其拌制大坍落度混凝土#保水性能较差#泌水 性大#混凝土孔隙率提高#导致混凝土抗渗性能差$ 因此#在硫酸盐及氯离子双重侵蚀下#不宜使用抗硫 酸盐水泥$ 另外#研究实验结果表明#混凝土原材料中决定 混凝土抗渗性能的主要因素是水泥品种#而硅酸盐水 泥%抗硫酸盐水泥与普通硅酸盐水泥中#抗渗性能最 好的是普通硅酸盐水泥$而全国腐蚀网/"多年来的 资料也已经证明&采用硅酸盐水泥于有腐蚀环境的地 下结构是不成功的$ 因此#桩基%墩柱%系梁等下构部位的混凝土使 用的水泥品种选择普通硅酸盐水泥$ )('"外加剂的选择 原混凝土配合比设计中#使用的外加剂品种为& 广西泰隆外加剂厂.IQ'*W#VD!' /含量为#%0%9# 掺量为"0*9'江苏OX'(缓凝泵送剂#VD!' /含量 为)07%9#掺量为"0&%9'山西oP'I#减水剂# VD!' /含量为%0/9#掺量为"0$9$ 研究结果表明#在硫酸盐侵蚀条件下#混凝土外 加剂中的硫酸根含量对混凝土抗硫酸盐侵蚀有较大影 响#在有硫酸盐侵蚀环境中#混凝土配制所用的外加 剂应严格控制其含量$ 因此#实际施工中#外加剂采用两种外加剂复合 掺用#尽量少掺VD!' /含量大的外加剂$外加剂的品 种及掺量调整为&江西IQ'!"""0型减水剂#VD!' / 含量为!0!&9#掺量为"0*%9'广西泰隆外加剂厂 .IQ'*W#VD!' /含量为#%0%9#掺量为"0!%9$有 效控制了外加剂中-混入.混凝土中的硫酸根离子$ *"结语 !#"在-双掺.有减水剂和掺合料的密实混凝 土中#水泥品种是混凝土原材料中决定混凝土抗渗性 能的主要因素$ !!"和硅酸盐水泥%普通硅酸盐水泥相比#桩 基%墩柱%系梁等下构部位的混凝土使用的水泥品种 宜选择普通硅酸盐水泥$ !)"在硫酸盐侵蚀条件下#混凝土外加剂中的 硫酸根含量对混凝土抗硫酸盐侵蚀有较大影响#在有 硫酸盐侵蚀环境中#混凝土配制所用的外加剂应严格 控制其含量#同时宜选用减水率高的两种组合的复合 型外加剂$ 参考文献 /#)(张丽H混凝土硫酸盐侵蚀的机理及影响因素H东北公路##%%7#!# !/"&/"'/#H /!)(李小雷H掺合料对混凝土抗硫酸盐侵蚀性能的影响H建筑石膏与 胶凝材料#!""!!/"&%'#"H /))(杨钱荣#唐越#华夏H掺复合掺合料混凝土抗硫酸盐侵蚀性能研 究H粉煤灰综合利用#!"#"!!"&/'*H //)(申春妮#等H混凝土硫酸盐侵蚀影响因素的试验研究H水利与建筑 工程#!"#"#7!&"&/"'/!H /*)(申春妮#等H混凝土硫酸盐侵蚀影响因素的探讨H水利与建筑工程 #!""/#!!!"&#7H /&)(晓露#等H干湿循环'硫酸盐侵蚀下混凝土损伤机理的分析H公 路#!""%!!"&#&/'#&&H /$)(杨钱荣#等H掺复合掺合料混凝土抗硫酸盐侵蚀性能研究H粉煤灰 综合利用#!"#"!!"&)'*H