海工混凝土腐蚀机理分析及解决方案

2018-10-31 12:08:13 作者：郝占龙郝家欣陈雷周桂明来源：混凝土第一视频网分享至：

〇引言

混凝土是一种应用极其广泛的建筑材料，是构成建筑物主体的重要组成部分。混凝土应用于土木工程至今，大量的钢筋混凝土结构由于各种原因出现破坏甚至提前失效，达不到设计使用年限，其中多数是由于混凝土的耐久性不足导致的；特别是沿海及近海地区的混凝土结构，由于海水环境对混凝土的腐蚀，导致钢筋锈蚀而使结构发生早期损坏，丧失耐久性能，这已成为实际工程中的重要问题。早期损坏的结构需要花费大量的财力进行维修补强，甚至造成停工停产的巨大经济损失。

华能威海电厂二期脱硫曝气池工程由于其特殊的使用功能和常年处于海水浸泡的环境，因此要求混凝土必须具有较好的抗腐蚀性和耐久性，以延长其使用年限。混凝土总量约计16000m3，其中基础筏板、池壁及隔墙采用强度等级为C30P6F150 抗海水腐蚀的混凝土。

一混凝土腐蚀机理

当混凝土接触的周围介质，如空气，水（海水，地下水）和土壤中含有不同浓度的酸、盐、碱类侵蚀性物质时，一旦其进入混凝土内部，与混凝土中的成分发生物理化学反应，混凝土将遭受腐蚀，逐渐发生绽裂剥落，进而引起钢筋腐蚀导致结构失效。混凝土腐蚀的原因和机理随侵蚀介质和环境条件而异，一般分为两类：

1.1 溶蚀性腐蚀

水泥的水化生成物中，Ca（OH）2最容易被渗入的水溶解，又促使水化硅酸钙等多碱性化合物发生水解，随后破坏低碱性水化产物（CaO、SiO2）等，最终完全破坏水泥石结构，某些酸盐溶液渗入混凝土，生成无凝胶型的松软物质，易被水溶蚀。水泥石的溶蚀程度随渗流速度增大而增大，溶蚀后胶结能力减弱，混凝土材料的整体性被破坏。

1.2 结晶膨胀性腐蚀

含有硫酸盐的水渗入混凝土中，与水泥水化产物 Ca（OH） 2发生化学作用生成的石膏（CaSO4●2H2O）以溶液形式存在。石膏再和水化物铝硫酸盐起作用，形成带有多个结晶水的水化铝硫酸钙，体积膨胀，导致混凝土开裂破坏。

二混凝土抗腐蚀的影响因素

2.1 混凝土的水灰比

水灰比对混凝土的抗渗性影响最大。水灰比越大，混凝土结构中游离水越多，在硬化混凝土中留下相互连通的、无规则的毛细通道，使水泥石的孔隙率增加，混凝土的抗渗性降低。

2.2 混凝土的原材料

使用中热硅酸盐水泥，水泥中的C3A 的含量不超过 6%，C3S与C3A的总和通常不超过 58%。该水泥具有较高的抵抗硫酸盐侵蚀的能力，并且水化热适中，避免了混凝土表面产生温度裂缝；严格控制骨料中的氯离子含量，禁止使用海砂，骨料存放在阴暗处或者使用下层温度较低的骨料；掺加矿物掺合料，主要有：优质粉煤灰、微硅粉、高炉矿渣粉；掺加膨胀剂，并使用高效减水剂。

2.3 施工质量

混凝土的施工质量对混凝土的孔结构和孔隙率有很大影响。即使是配合比很好的混凝土，浇注成型时如果没有规范施工控制好质量，如振捣不密实或者过振等，都会造成混凝土结构内部的缺陷，降低其抗渗性。因此必须提高混凝土的密实度。

2.4 应用环境

海洋工程和滨海工程的混凝土结构，长期处于海水和潮湿空气中，海水中含有大量的氯盐，镁盐和硫酸盐，它们与混凝土中的水泥水化产物Ca（OH）2作用后生成CaCl2、CaSO4等易溶物质，NaCl 又提高其溶解度，增大了混凝土的孔隙率，削弱了材料的内部结构，使混凝土遭受腐蚀。

2.5 结构设计

混凝土是一种多孔结构，在存在内外压力差的情况下，必然存在液体或气体从高压处向低压处渗透的现象，这种现象称为混凝土的渗透性。混凝土保护层厚度增加，则氯离子渗入混凝土到达钢筋的时间就会增加，这将显着延迟混凝土内部钢筋的锈蚀。

2.6 混凝土的表面处理

钢筋的钝化膜只有在高碱性环境下才是稳定的，由于环境侵蚀性介质的作用，使混凝土的碱性降低，钢筋的钝化膜将很快破坏，钢筋处于易腐蚀状态，钢筋由于混凝土对其保护作用降低而锈蚀，在混凝土表面做防水涂层，能有效的阻止外界环境中腐蚀介质进入混凝土中，从而保护混凝土与钢筋免受腐蚀。

对临海地区的一些工程而言，破坏混凝土结构耐久性的最主要形式是氯化物渗入结构内部导致钢筋腐蚀，通过对配合比进行优化，减小水灰比降低用水量，并通过施工手段提高混凝土自身的密实度，切断侵蚀性的物质进入混凝土内部的通道，降低渗透性，都将显着改善混凝土抗腐蚀性。

三解决方案

（1）对混凝土配合比进行优化，在保证混凝土满足强度和泵送施工要求的情况下减小水灰比，使拌合用水最少，使用中热硅酸盐水泥，并通过掺入膨胀剂、粉煤灰、高炉矿渣、微硅粉等多种掺料，来提高混凝土性能，如高密实度、低渗透性以及抵抗腐蚀的能力。

（2）在普通引气泵送剂的基础上，掺加与之相容的引气及阻锈成分，阻止或延缓钢筋的锈蚀并提高混凝土的抗冻融能力。

（3）使用温度较低的原材料，定时测定并控制骨料中的氯化物。

（4）混凝土施工时，连续浇筑，保证混凝土一次浇筑成型，不留冷缝并尽量避免使用施工缝，振捣充分，不过振不漏振，使混凝土充分密实，增加混凝土的密实度。

（5）浇筑完毕的混凝土施工单位应及时进行覆盖养护，并不少于14 天，避免由于砼内外温差过大产生温度裂缝。

（6）在已施工好的混凝土表面及时做好防腐蚀材料涂层。

四配合比确定

4.1 原材料选择

（1）水泥

表1 三菱 P.O42.5R 水泥的性能指标

标准稠度用水量（%）	安定性	抗折强度（MPa）		抗压强度（MPa）
标准稠度用水量（%）	安定性	3d	28d	3d	28d
27.4	合格	4.9	8.6	28.5	49.7

（2）粗骨料

威海羊亭福鑫建材厂Ⅰ类碎石，5~20mm 连续级配，各项性能指标如表 2 所示。

表 2 威海羊亭福鑫建材厂碎石各项指标

含泥量 (%)	泥块含量(%)	针片状颗粒含量(%)	压碎值指标 (%)	堆积密度(kg/m³)	表观密度(kg/m³)
0.3	0.1	4	9	1500	2750

（3）细骨料

乳山砂场中砂，细度模数 2.9，Ⅱ区连续级配，性能指标如表 3。

表 3 乳山砂场中砂的性能指标

含泥量(%)	堆积密度(kg/m³)	表观密度(kg/m³)
2.0	1450	2630

（4）矿物掺合料

表 4 各矿物掺合料性能指标材料名称性能指标

材料名称	性能指标
粉煤灰	细度（45μm方孔筛）≤ 25%，需水量比≤105%，烧失量≤ 8.0%，三氧化硫≤ 3.0%
矿渣粉	S95 级，比表面积（m²/kg) ≥350，流动度比≥ 90%
微硅粉	细度小于1μm 的占 80% 以上，比表面积（m²/g) 为：20～28

（5）外加剂

表 5 各外加剂性能指标

引气泵送剂：省建科院 NC-F4	减水率 >20%；固含量：30%；氯离子含量：0.04%；水泥净浆流动度（mm)>230，掺量：2%。
膨胀剂：鲁南外加剂 JEA-A	氯离子含量≤ 0.05% ；比表面积（m²/kg)≥250 ；掺量：8%。
阻锈剂：省建科院 NC-Z	盐水浸渍试验：无锈；干湿冷热循环试验（60次）：无锈；钢筋锈蚀电化学综合评定法：无锈；抗压强度对比率＞100% ；掺量：4%