唐华兵 刘斌
重庆巨能建设集团路桥工程有限公司 重庆 400700
摘要：上世纪中叶以来，外国研究者首先针对混凝土结构的耐久性提出了新的设计理念，指出混凝土构筑物既要能对设计荷载进行承受，而且应能长久地承受环境因素作用，即需要在一定的环境条件下构筑物可以保持使用寿命内不变的设计承重功能。本文对防腐混凝土应用到实际工程中进行了介绍。
关键词：耐酸；混凝土；防腐；抗硫酸盐水泥；实际应用
1.前言
钢筋混凝土结构的耐久性受混凝土的中性化的影响较大，为了使在酸性介质的影响下混凝土结构的耐久性得到提升，耐酸混凝土在20世纪30年代出现，主要在防腐工程如化工、石油等部门中被运用，从20世纪70年代以后发展逐步朝着承重结构方向。按照耐酸程度混凝土主要包括高耐酸性和低耐酸性两类，低耐酸性的混凝土只对低酸性环境（酸性介质较弱）发生作用，它主要是用耐酸的水泥作为胶结料，来对具有一定程度耐酸性能的耐酸混凝土进行配置。
在道路桥梁施工过程中，结构物基础难免会落在腐蚀性土体，严重影响到基础混凝土的耐久性能。为使建设基础设施的需求得到满足，应选用耐酸混凝土避免混凝土结构受到其接触的防腐性介质的影响。所以相关部门亟需探索集承重和防腐功能为一体，经济合理的耐酸混凝土种类，促进承重结构发展中对耐酸混凝土的大量应用。
2.混凝土腐蚀原因
2.1硫酸盐腐蚀机理
硫酸盐腐蚀指的是环境中的SO₄²¯和硬化水泥浆中氢氧化钙、水化硫铝酸钙发生化学反应，生成钙钒石或二水石膏，在相同体积下增加了一倍多的反应物，在水泥石内部产生的膨胀应力较大，导致混凝土因膨胀而发生开裂或损坏情况。由于环境水中所含的SO₄²¯不同，可导致硬化水泥浆产生的腐蚀性质不同，当SO₄²¯ 浓度较低时，可导致硬化水泥浆腐蚀为硫铝酸钙，当SO₄²¯浓度> 1 000 mg /L时，除去腐蚀硫铝酸钙之外，还会发生石膏型的腐蚀。
根据实际腐蚀的过程分析，硫铝酸钙的腐蚀是因为钙矾石的生成，起初硬化水泥浆会因此更加密实，增强其强度。但随着生成的钙矾石的量不断增加，其局部产生的膨胀压力导致结构涨裂，降低了强度，因此在试体遭遇硫酸铝钙腐蚀后可产生较大的裂缝，而石膏腐蚀是先逐步降低强度，然后膨胀、开裂。砼后期膨胀出现的裂缝主要是因为：
水泥中含有较高的游离CaO，因Ca（OH）2的膨胀的体积导致；
（2）水泥中含有较高的MgO，因Mg（OH）2 的膨胀的体积导致；
（3）水泥和外加剂碱过高的含量，集料中的活性硅等与其发生碱集料反应导致；
（4）Cl-、Mg2+ 等有害离子向砼内部侵蚀，使钢筋发生锈蚀或因形成二次钙矾石的膨胀导致。
2.2 钢筋混凝土结构破坏主要原因
钢筋混凝土结构破坏主要原因是混凝土防腐性能低、耐久性能差及低抗渗性，加上较小的混凝土保护层的制约、施工质量差以及施工单位的管理水平较低有关。尤其是早期设计标准中对建筑物使用寿命和其防腐耐久性技术等缺乏相关指标的规定和可选择的措施。因此，可以通过国内最早在沿海、偏酸土质地区中的钢筋混凝结构物破坏实例的调查、分析及造成的经济后果，根据环境作用等级和不同的结构部位非常有必要采取合理的防腐措施。
3.原材料的选择
混凝土的防腐中材料的耐久性起着决定性的作用，其耐久性对维修和更新结构的费用具有的经济意义重大。一般情况下，高抗渗等级的混凝土结构耐久性也较好，其配合比、捣实和养护程度、环境的湿度和温度等决定着其耐久性。传统的工程施工中使用的防腐混凝土一般都是使用抗硫酸盐水泥配制而成的。但因为这种水泥属于一种特种水泥，在国内生产规模有限，而且受数量、价格、运距、工艺等的制约，对防腐混凝土发展的商品化也造成了一定的影响。我们可以借鉴现有的技术成果，选择合适、适量的原材料进行试配生产；下面就以生产抗硫酸盐水泥试配抗硫混凝土为例进行说明。
根据抗硫酸盐侵蚀程度可以把抗硫酸盐硅酸盐水泥分为中抗硫酸盐硅酸盐水泥和高抗硫酸盐硅酸盐水泥。本文是对中抗硫酸盐硅酸盐水泥进行的研究，其C3S和C3A含量见表1。
表1 中抗硫酸盐水泥中C3S和C3A含量（％）
本次原材料所选择如下：
水泥：中抗硫酸盐硅酸盐42.5级水泥。
粗骨料：级配为5～20mm的碎石。
细骨料：本地产特细砂和机制砂的混合砂。
粉煤灰：掺料为当地热力公司产生的II级粉煤灰。
外加剂：乌鲁木齐市生产的FDN—SP高效缓凝减水剂。
水：自来水。
4.防腐混凝土配合比设计
根据耐酸混凝土的实验配合比报告可得，各材料质量比例为水泥：细骨料（特细砂与机制砂的比例为7：3）：粗骨料：水：FDN-SP：粉煤灰=1.00：1.76：3.43：0.54：0.015：0.20时，机械搅拌的混凝土坍落度为195mm，具有良好的保水、粘聚性能。经机械密实振捣制作的标准混凝土试块，通过使用标准养护法养护，7d和28d的抗压强度分别为31.6MPa和39.6MPa，其各项性能都与桥梁桩基要求相一致。
5. 保证混凝土结构耐久性的必要构造措施
应保证混凝土结构和其表面形状对排水有利，应把可能积水或受雨淋的构件顶面做成斜面。遭受氯盐（来自海水、除冰盐、大气盐雾、消毒剂等）侵蚀的混凝土桥面和车库楼面，应加大地面排水坡度（2%），并对结构出现挠度或施加预应力导致反拱影响地面排水的情况充分考虑。
对于除了冰盐和氯盐之外，可能遭受高浓度侵蚀的配筋混凝土部位，可覆盖或浸涂防腐材料，把阻锈剂加入混凝土中。针对重要的结构物，还应该在钢筋锈蚀后采用阴极保护，并预先在设计和施工中设置必要的可能实施阴极保护的条件。保障混凝土结构耐久性的措施有：（1）减少或隔绝混凝土受环境因素的影响；（2）对混凝土裂缝进行控制；（3）提供足够厚的钢筋混凝土保护层。
6．防腐混凝土施工工艺
近些年来，出现了大量的混凝土结构物被腐蚀病害破坏，为使公路桥梁构件的使用寿命延长，相关人员借鉴国内外先进经验，研究了防治钢筋混凝土构件腐蚀的措施，使用了大量的新材料和新工艺，使桥梁的腐蚀病害降低，使桥梁使用寿命进一步延长。为给施工进度提供保障，使混凝土密实度提升，使裂缝减少，提高整体混凝土结构的耐久性，在施工中应对以下环节严格控制：
6.1拌和
应该选择强制式搅拌机，相对于常规的混凝土来应适当延长搅拌的时间。对其原材料、配料的精度及其充分搅拌等的质量进行严格的控制。必须使外加剂充分分散在混凝土中，才能使其作用得到充分的发挥。如果出机口卸出的搅拌物成球状或其坍落度差别明显时，应重新搅拌。另外还应对投料顺序影响搅拌的效率引起重视。高效减水剂适合选用后掺法，为混凝土拌和物的工作性提供保障。在施工中必须连续对混凝土进行浇筑，并在一定的时间内根据外加剂的性质、品种完成外加剂的添加。如果外加剂是固体粉料，可同时搅拌砂、水泥和碎石，并使搅拌时间适当延长；如果外加剂是液体，应根据固体的含量对其掺量进行计算，并把外加剂的水量从用水量中扣除。
6.2运输
拌合好的混凝土出机后要缩短运输时间。水平运输用自卸车运送，垂直运输采取泵送，也可采用料斗运送。
6.3浇筑
混凝土运送到现场要及时浇筑，相对于常规的混凝土，应适当延长振捣的时间，还应增强插入式振捣器的功率，插入的间距更要紧密，和普通的混凝土相比更加深入，以便完全排除内部的空气，直到混凝土不产生气泡、不再下沉，开始泛浆为止。混凝土浇筑过程采用连续浇筑，如果没有连续进行浇筑，应注意对批次不同的混凝土界面进行振捣时避免出现冷连接，即使混凝土量较少也应该照此进行。因为混凝土没有泌水或泌水较少，其水分蒸发增加了表面产生塑性裂缝的危险性，所以必须连续对混凝土进行振捣、抹面和养护工作，不得耽搁。所以，应加强施工管理，对其施工技术做好交底，并严格要求现场工人施工质量，为混凝土成型质量提供良好的保障。
6.4养护
只有在良好的养护条件下混凝土的耐久性和强度才能得到充分的发挥，因此需要在浇筑混凝土早期就应该采取合理的措施避免混凝土表面水分蒸发，在混凝振捣结束后，可以间断的喷水雾养护；终凝后，加强淋水养护，保持混凝土表面湿润。同时，上述条件养护时间不得少于14d。
6.5温控措施
控制混凝土内部水化热温升：掺杂II级粉煤灰和高效缓凝型减水剂，使水泥初期的水化热降低，并推迟其峰值，最高温升降低，同时使单位混凝土的用水量大幅度降低，进而降低相应单位用胶凝材料的量，达到混凝土热裂危险减少的目的。最高浇筑混凝土的温度控制：如果施工季节在夏季，则必需降低浇筑温度，即把初始温差和最高温升降低，以使其表面拉应力降低。浇筑温度降低应对各个环节进行有效的控制，控制其骨料温度、控制水泥温度，在降低出机温度时对制冷设施进行充分的利用；一般多使用搅拌车运输混凝土，使运输途中的温度回升得到一定的控制，降低振捣仓的回升温度。
在对混凝土质量进行控制的过程中，应对集料的质量进行严格的控制，及时清除那些活性集料。严格按照技术人员的需求控制混凝土施工质量，确保水灰比及坍落度等，按照相关操作规程振捣混凝土，为混凝土的密实度提供保障，并对振捣完成后的混凝土抹面工作引起高度重视。为了避免混凝土受环境水的侵蚀，
在桥梁下部结构的施工过程中，应适当增大工程结构的断面和钢筋保护层的厚度，控制钢筋保护层的厚度大于5cm。另外，为了避免产生裂缝和碰撞破损，还应该把混凝土外露结构的棱角、外缘、沟槽都做为圆弧形。混凝土保护层应符合设计要求，使钢筋处于正确的位置。应采用水泥砂浆或细石混凝土制作钢筋垫块，不能使用石子，禁止采用短钢筋为垫块。
7．防腐混凝土的实际应用
博温赛快速通道东段立交项目，位于博乐市西侧5.35Km，项目区域内特殊性岩土主要为盐渍土。工程地质调查及室内易溶盐试验表明，拟建工程场地局部分布有硫酸盐渍土，表层土壤（0～1.0m）平均含盐量0.12～1.22%，盐渍化程度为非-弱盐渍化。地基土的计算硫酸钠含量小于1%，项目区内的地下水埋深较大，因此不考虑盐渍土的盐胀性。根据设计图纸，结合施工现场实际情况，该工程的桩基、承台、台身、地系梁和墩身需要采用C30抗硫酸盐混凝土来浇筑。
该工程基础施工时间为2017年5-6月，时至今日结构的各项性能良好。施工阶段、施工后的检测结果，证明了该防腐混凝土在实际应用中的效果，该施工技术能够很好的应用于相关类似的工程中，具有较强的借鉴意义。
8．防腐混凝土的前景
随着现代混凝土技术的发展，混凝土各种化学外加剂的性能要求均发生了较大改变，每次标准修订均反映了技术水平的提高。为使现代建筑物使用寿命延长，
根据实际需要添加不同种类的外掺剂，在满足结构物承载力条件下，提高混凝土的综合性能，达到建筑物使用寿命延长的目的。通过在普通硅酸盐水泥和优质粉煤灰中添加防腐剂使其生成防腐混凝土的方法，使SO₄²¯、Na+、Mg2 +、Cl-的侵蚀得到抑制，大大提高了结构物的使用寿命，降低了混凝土综合成本，又避免了环境污染。成为今后一段时期内最经济最有效的解决混凝土抗SO₄²¯ 等化学侵蚀破坏的手段，正逐步得到当地建筑设计、生产和使用混凝土的单位的认同，
对提高混凝土抗SO₄²¯ 侵蚀能力，混凝土建筑物使用寿命的提高，经济效益的增强发挥了不可忽视的作用。
参考文献：
[1]陈肇元，廉慧珍，李克非等.混凝土结构耐久性设计与施工指南 CCES01-2004.
[2]GB748-1996抗硫酸盐硅酸盐水泥[S].
[3]蔡静.杨友平.耐酸性混凝土在弱酸性地基中的工程应用[J].重庆建筑.2009（12）.
[4]易成.谢和平.孙华飞等.混凝土抗渗性能研究的现状与进展[J].混凝土，2003（2）.
[5]周燕，邸小坛，等.CEB 混凝土结构耐久性设计指南[M].北京：中国建筑科学研究院，第二版.1989.63- 64.
[6]刘秉京.混凝土技术[ M] . 北京：人民交通出版社出版，2004.
[7]陈香凤.徐建军.鲍安红.耐弱酸混凝土的研究与应用
[8]吴中伟.廉慧珍.高性能混凝土[ M] .北京：中国铁道出版社，1999.
[9]徐亦冬. 再生混凝土高强高性能化的试验研究[ D] .长沙：中南大学，2003.
[10]宋瑞旭. 高强度再生粗骨料和再生高性能混凝土试验研究[ J] . 混凝土，2003（2）.
[11]陈肇元.编. 混凝土结构的耐久性设计方法[ J] . 建筑技术，2003，34（05）：31.
[12]牛荻涛.混凝土结构的耐久性与寿命预测[ M ] . 北京：科学出版社，2003.
[13]张丹.铁路隧道防腐抗渗支护混凝土的试验研究[N ].机电之家，2006
[14]王枝胜，卢滔.建筑工程事故分析与处理. 北京：北京理工大学出版社，2009.
作者简介：唐华兵（1989.3-），男，四川广安，桥梁助理工程师，本科学历，主要从事桥梁工程工作。刘斌（1975.2-），四川仁寿，矿建助理工程师，本科学历，主要从事矿建工作。
论文作者: 唐华兵,刘斌
论文发表刊物:《建筑模拟》2018年第24期
论文发表时间:2018/11/17
标签：混凝土论文; 硫酸盐论文; 耐久性论文; 耐酸论文; 水泥论文; 混凝土结构论文; 钢筋论文; 《建筑模拟》2018年第24期论文;