发表论文：论岩土工程中防腐混凝土施工技术

　　田玉山
　　（深圳市勘察测绘院有限公司广东深圳518000）
　　
　　摘要：作者主要硫酸盐腐蚀从机理，材料的选择，配合比设计,正交试验设计,捣实和养护等方面着手，阐述了自己的观念，供同行参考。
　　关键词：混凝土；岩土工程；选择材料
　　
　　1引言
　　本项工程为某省某矿业公路改线工程，长度为5.488正线公里，位于两矿隧道之间，附近是矿区蓄水区，蓄水后将形成一个污水水库，库内为酸性水。设计文件说明：段内地表水为永坎铜矿水库库内及排出的沟水，根据与原既有线定测水质分析结果，水质属SO42-、K+、Na+、Ca2+型水，对混凝土有强酸性和强溶出型及中等硫酸侵蚀性，矿区排出的水硫酸根含量达1200mg／L，具有强腐蚀性。在附近流经线路的沟水，水质属HCO3-•Cl-一K+＋Na+型水，对混凝土具有中等溶出型和弱酸性侵蚀。为此设计要求桥梁墩台基础及地面上2m以下部分的墩身，涵洞基础及边墙以及2号隧道的混凝土均采用防腐混凝土。
　　
　　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成密实，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。
　　
　　2防腐混凝土原材料的选择
　　考虑混凝土防腐主要是材料的耐久性，因为耐久性对结构的维修和更新费用，有重大经济意义。耐久性被定义为材料在给定的环境条件下的使用年限。一般，密实的或不透水的混凝土具有长期的耐久性，而取决于它的配合比、捣实的程度和养护及正常环境的温度和湿度。
　　在以往工程中采用抗硫酸盐水泥配制防腐混凝土。但由于抗硫酸盐水泥作为特种水泥，目前国内生产厂家生产规模较小，并受工艺、运距、数量、价格较高等因素影响，制约了防腐混凝土商品化的发展。而我们利用普通硅酸盐水泥和NF—C耐腐蚀防水剂和优质粉煤灰，配制防腐混凝土并应用到永坎铜矿改线工程上，既解决了混凝土的防腐问题，又降低了混凝土成本，取得了较好的经济和社会效益。
　　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。
　　水泥用量增加可提高混凝土密实度，从而可以提高混凝土的抗硫酸盐性能。G．J．Verbeck对加利福尼亚州萨拉曼都硫酸盐土壤(含10％Na2SO4)中的混凝土试件进行长期研究，其结果见图1。
　　从图1可见，当水泥用量为225kg／m3和310kg／m3时，硫酸盐溶液对混凝土的破坏程度随着C3A的增加而增大，但当水泥用量达390kg／m3时，硫酸盐溶液对混凝土的破坏随着C3A含量的增加而只有稍微增加。ASTM标准的5种水泥中除早强型水泥外，I、Ⅱ、Ⅲ和V型水泥(水泥中C3A含量分别为10％、4％、8％和3％)混凝土的破坏几乎为零。这说明高水泥用量会显著地增强混凝土的抗渗性，进而提高混凝土的抗侵蚀能力。防腐混凝土使用的水泥除物理性能满足标准要求外，其C3A含量不超过8％，同时为防止碱集料反应，应尽量采用低碱水泥，我们选用了“科华”牌P.032.5水泥。
　　
　　
　　平均cA含帚／％
　　图1混凝土中水泥品种（C3A含量)对其性能的影响
　　2．2粉煤灰
　　在本项的混凝土施工过程中，掺人一定量的粉煤灰，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。所以我们选用了江西贵溪电厂Ⅱ级粉煤灰。
　　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，并对市场上的调查，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
　　fcu.o=fcuk+1.645σ=28.2MPa
　　W／C=0．4fce／fcu.o+0.46×0.07fce)
　　=0.46×36.7／(28.2＋0.46×0.07×36.7)
　　=0.56
　　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，永坎铜矿改线工程的地表水水质属中等侵蚀，所以根据表C．0．3混凝土受硫酸盐、盐类结晶或溶出型侵蚀的防护措施的规定，其最大水灰比应小于0．50，要求抗渗等级≥P8。
　　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C0=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=1136kg。
　　3．4计算外加剂用量
　　按计算的水泥用量计算外加剂用量，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
　　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。不少结构在浇注完了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，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，确定了通过掺人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。同时通过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。