海工混凝土耐久性设计和应用

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1、海工混凝土耐久性设计和应用摘要：本文以跨海大桥工程所用的高性能海工混凝土为对象，对掺矿渣、粉煤灰及不同掺量的外加剂时海工混凝土的力学性能及其耐久性的影响进行了系统的研究。关键词：海工混凝土;粉煤灰;磨细矿渣;外加剂;抗氯离子渗透Abstract：Highperformanceconcreteintheprojectofsea-crossingbridgeastheobject,affectingthemechanicalpropertiesofmarineconcreteanddurabilityofadmixtureofslag,flyashanddifferentcontentofth

2、etimewerestudied.Keywords：marineconcrete；flyash；slag；additive；resistancetochlorideionpenetration中图分类号：C913.32文献标识码A文章编号1、混凝土结构在海洋环境下的腐蚀机理影响混凝土结构使用寿命的荷载分为两大类。第一类是物理外力；第二类主要是化学或物理化学作用力。1.1钢筋锈蚀钢筋的腐蚀过程是一个电化学反应过程。大量研究表明，钢筋锈蚀有三个必要条件：1）钢筋钝化膜被破坏；2）足够低的电阻率，使得电解液腐蚀电池形成；3）有足够的水分和氧气通过混凝土保护层到达钢筋表面。1.2氯离子引起钢筋锈蚀

3、1）由于氯离子半径相对很小，电负性强，因而其吸附性和扩散穿透力强。一般氯离子引起的钢筋锈蚀有以下四个阶段：破坏钝化膜；形成腐蚀电池；氯离子的去极化作用；氯离子的导电作用。2）氯离子在混凝土中的迁移过程氯离子可以通过以下途径进入混凝土：a）作为混凝土的组成部分，b）通过扩散作用，c）在干湿条件下通过毛细管吸入，d）在水压力的作用下渗透。在迁移过程中会有一部分的氯离子会被混凝土中的胶凝材料的水化相消耗或者固结，降低了氯离子的迁移速率；特别是对于掺有矿渣，粉煤灰和硅灰等活性矿物掺合料的复合胶凝材料体系，其降低程度更大。1.3碳化作用导致的钢筋锈蚀混凝土孔隙中充满着水泥水化时产生的Ca（OH）2过

4、饱和溶液，混凝土具有很强的碱度，pll值一般均在12.5以上。钢筋在碱性很强的环境下，表面沉积一层致密的碱性钝化膜而处于惰性状态，保护钢筋。但是。当外界酸性物质侵入并与Ca（OH）2作用时，混凝土的碱度下降，当混凝土pH值降低到11.5以下时，钝化膜开始破坏，从而失去保护钢筋的作用，若空气和水分进入，钢筋便开始锈蚀。1.4混凝土碳化作用的机理混凝土的碳化，是指大气中的C02与混凝土中的Ca（OH）2起化学反应，生成中性的CaC03.混凝土碳化的影响因素：1）大气中C02的浓度，其他条件不变的情况下，环境中C02的浓度越高，则碳化深度越大。2）碳化速度与湿度，混凝土在较干燥的条件下比在潮湿的

5、条件下碳化速度更快。3）温度与碳化速度，温度提高，C02在混凝土中的扩散系数增大，从而加快碳化速度。1.5盐腐蚀绝大部分硫酸盐对混凝土都有显著的侵蚀作用。第一类是膨胀破坏。第二类是溶蚀。1.6碱-骨料反应作用碱-骨料反应是混凝土原材料中的水泥、外加剂、混合材料和水中的碱与骨料的活性成分在混凝土浇筑成型后若干年逐渐反应，反应生成物吸水膨胀使得混凝土产生内部应力，膨胀开裂，导致混凝土失去设计性能的过程。二、原材料的选择、及优化2.1水泥本工程要求采用强度等级为42.5级的质量符合国家标准GB175-1999的II型硅酸盐水泥（P・II）o不得使用立窑水泥和早强、水化热较高、C3A含量超过10%

6、的水泥。所用水泥的氯离子含量应低于0.03%o1.2粉煤灰混凝土的优质粉煤灰掺合料须采用I级粉煤灰，且来自燃煤工艺先进的电厂，选用组分均匀各项性能指标稳定的低钙灰，而且粉煤灰的烧失量不大于8%,45um筛余小于16%,需水量比不大于100%,氯离子含量小于0.02%,三氧化硫含量不大于2%o2.3高炉矿渣粉对于海工耐久混凝土，宜将矿渣作为胶凝材料的组成部分。掺合料的磨细高炉矿渣的比表面积宜控制在360-440m2/Kg；需水量比不大于100%；烧失量不大于3%。2.4硅灰硅灰使用必须进行相关试验，保证混凝土各种性能满足有关规范、标准和设计图纸要求。2.5细集料(1)细集料不得使用海砂和人工

7、砂，应选用颗粒坚硬、强度高、耐风化的天然砂，云母含量小于2%。砂中氯离子含量不大于0.02%,含泥量不大于2.0%,泥块含量不大于0.5%o(2)不得使用细沙，在混凝土配制时应同时考虑砂的细度模数和级配情况，泵送混凝土用砂宜选用中砂。2.6粗集料（1）粗集料选用坚硬卵石、砾石或碎石。压碎指标值不大于12%,针片状颗粒含量不大于10%,硫化物及硫酸盐含量（按SO3质量计）小于0.5%,堆积密度一般大于1500Kg/m3,对