耐海水腐蚀混凝土在海外工程中的应用研究

耐海水腐蚀混凝土在海外工程中的应用研究

张先喆

山东电力建设第三工程有限公司，山东 青岛266100

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摘要：因工程所在地处于强硫酸盐腐蚀和中度氯离子腐蚀区域，对混凝土耐久性有较高要求。通过综合考虑巴基斯坦当地各种原材料的特点，因地制宜，扬长避短，提高混凝土的抗腐蚀能力。再通过掺加抗硫酸盐水泥，进一步提高混凝土抵抗硫酸根离子侵蚀的能力，以达到较高耐海水侵蚀的性能。

关键词：粉煤灰，抗硫酸盐水泥，混凝土，耐海水腐蚀

1 引言

巴基斯坦卡西姆港2×660MW燃煤电站，位于阿拉伯海北岸，厂址坐落在海滩地带，地下水和海水相互贯通，常年受海水腐蚀，属于强硫酸盐腐蚀和中度氯离子腐蚀区域。地勘报告（按《岩土工程勘察规范》（GB50021-2001）（2009版）显示，①地下水中硫酸盐含量654.3~4987.4mg/L，按环境类型（I）水对混凝土结构的腐蚀性评价，为强腐蚀性；②地下水中的氯离子含量1992~32799mg/L，在长期浸水环境下，对钢筋混凝土中钢筋的腐蚀性评价，为中等腐蚀，在干湿交替环境下，对钢筋的腐蚀性为强腐蚀。设计院建议：地下结构采用C40混凝土，抗渗等级不低于S8，最大氯离子含量0.08%，并建议掺加阻锈剂。

2 配合比设计

2.1设计思路

混凝土内外部的氯离子渗入混凝土后，与混凝土间隙液反应，降低钢筋表面的酸碱度，破坏钢筋钝化膜，从而导致钢筋锈蚀，影响混凝土结构的健康服役。[1]

硫酸盐能够与混凝土水化产物硅酸三钙和铝酸三钙反应，导致混凝土体积膨胀和剥落等。而且随着反应产物量的增加，会引发微裂纹的产生和扩展，导致混凝土强度降低和耐久性下降。[2]

因此，为阻止腐蚀性盐对钢筋混凝土结构的侵蚀破坏，首先要降低混凝土本身的侵蚀性盐的含量，其次要增大混凝土的密实性，阻止海水中的侵蚀性盐对混凝土的渗入。

与一般硅酸盐水泥相比，抗硫酸盐水泥中的硅酸三钙和铝酸三钙含量受到严格限制（中抗硫酸盐水泥的硅酸三钙不得超过55.0%，铝酸三钙含量不得超过5.0%；高抗硫酸盐水泥的硅酸三钙不得超过50.0%，铝酸三钙含量不得超过3.0%[3]）。一般适用于受硫酸盐侵蚀的海港、水利、地下、隧涵等工程。

为达到设计要求的耐腐蚀性能，降低成本，本项目用以下方法来替代掺加阻锈剂：提高粉煤灰掺量，改进减水剂配方，控制混凝土中含气量，增加混凝土密实度；使用抗硫酸盐硅酸盐水泥SRC42.5等措施提高混凝土耐久性，并加强混凝土浇筑质量控制。

因抗硫酸盐腐蚀和抗氯离子渗透试验是国内外学者常用的评价混凝土抵抗硫酸盐和氯离子腐蚀的方法，所以最终混凝土的耐久性要通过以上2种方法+抗渗试验来检验。

2.2原材料选用与调整

当地生产的抗硫酸盐水泥，性能如下

表1 SRC42.5水泥性能

Tab.1 Performance of SRC42.5

粉煤灰起微集料的作用，进一步填充混凝土结构内部间隙。可降低成本，改善和易性，提高密实度，增强耐久性。国内多位学者也证明了粉煤灰对于增强混凝土抗硫酸盐腐蚀和氯离子腐蚀的作用。[4-6]

粉煤灰为当地电厂燃烧褐煤产生的粉煤灰，性能指标如下：

表2 粉煤灰性能

外加剂为当地生产的萘系高效减水剂。虽然萘系外加剂很多方面的性能不如聚羧酸系外加剂，在工程上已经很少使用。但萘系外加剂对温度变化最不敏感[7]，故在气温高地区，仍是性能最稳定的外加剂。

表 3 外加剂性能

砂为当地河砂，指标如下：

表4 砂性能

碎石为当地岩石破碎的5-20mm连续粒级和16-31.5mm单粒级，经过不同比例混合后，进行筛分试验，最终确定小石子与大石子的比例为6：4，达到5-31.5mm连续粒级，性能如下：

表5 碎石性能

2.3配合比设计与调整

我们采取以下措施改善混凝土耐久性：

提高粉煤灰掺量至18%；

为降低混凝土含气量，通过与厂家沟通，改进了减水剂配方，将混凝土的含气量控制在3.0%以内；

采用抗硫酸盐硅酸盐水泥SRC42.5。经过试配，获得强度-水胶比关系曲线如下：

因此，选取水胶比0.36时的的配合比，为：

图1 抗压强度和水胶比关系曲线

表6 SRC42.5水泥配合比

计算氯离子含量为0.06%（水泥质量百分比）。

耐久性试验结果为：抗渗性能为S12，抗硫酸盐等级为KS150，28天抗氯离子迁移系数为3.6×10-12m2/s，能够满足结构对耐久性的要求。

3 工程应用

此技术已经在卡西姆项目全场桩基及地下基础施工中应用，现场桩基也通过高、低应变桩基检验合格。

4 总结

通过提高粉煤灰掺量，改进减水剂配方，控制混凝土中含气量不超过3%，使用抗硫酸盐硅酸盐水泥SRC42.5能够显著提高混凝土的耐久性。可以在海边等强腐蚀区域的混凝土工程中推广使用。

参考文献

[1]方璇,韩建德,王曙光,刘伟庆,刘金龙.静力弯曲荷载作用下双掺混凝土氯离子侵蚀的试验研究[J].混凝土,2016(02):21-25.

[2]金祖权,赵铁军,孙伟.硫酸盐对混凝土腐蚀研究[J].工业建筑,2008(03):90-93.

[3]全国水泥标准化委员会（SAC/TC 184）.GB748-2005 抗硫酸盐硅酸盐水泥[S]. 北京：中国标准出版社，2005．

[4]张立明,江羽习,李育林,张媛媛.粉煤灰掺量对混凝土抗硫酸镁侵蚀的影响[J].大众科技,2020,22(11):35-38.

[5]聂庆科,于俊超,李华伟,王英辉.抗硫酸盐腐蚀混凝土中粉煤灰临界掺量的估算方法[J].粉煤灰综合利用,2018(06):70-73+80.

[6]高延红,汪蒙,周晓芸,章玉容,张俊芝.粉煤灰掺量对混凝土氯离子扩散性能稳定时间的影响及机理[J].自然灾害学报,2020,29(06):30-40.

[7]魏元奋,顾雪.不同类型外加剂对混凝土敏感性的研究[J].商品混凝土,2019(11):31-34.

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