大掺量粉煤灰海工混凝土耐久性探讨

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1、文章编号：1009—9441(2014)02-0021-05大掺量粉煤灰海工混凝土耐久性探讨①口口艾红梅，孑L靖勋，卢洪正，朱苏峰(大连理工大学建筑材料研究所，辽宁大连116024)摘要：在我国北方地区海洋环境下，混凝土结构的腐蚀现象十分严重，采用大掺量粉煤灰来取代水泥，能够获得良好的经济效益和环境效应。掺加粉煤灰能够增加混凝土密实度，进而提高混凝土抗氯离子渗透能力；而且能够减少水泥用量，降低水化热，防止大体积混凝土因水化热过大产生温度梯度而导致混凝土开裂，使得大体积海工混凝土的耐久性得以提高。针对氯离子渗透、硫酸盐侵蚀、冻融循环等破

2、坏作用，对大掺量粉煤灰海工混凝土的耐久性等性能进行了探讨。关键词：海工混凝土；大掺量粉煤灰；耐久性中图分类号：TV431文献标识码：A引言近半个世纪以来，混凝土结构过早劣化的事例在国内外屡见不鲜，其耐久性已经成为土木工程界亟待解决的重大问题。随着对海洋的开发，沿海或跨海桥梁的兴建，对混凝土结构的耐久性要求越来越高，海工混凝土的配制与施工技术也得到了迅速发展。混凝土是海洋结构最为重要的建筑材料，相比之下，粉煤灰混凝土在海洋环境中具有更为优异的技术指标和经济指标。20世纪80年代后期至今，随着高效减水剂技术的发展和市场上优质粉煤灰的大量供

3、应，使得大掺量粉煤灰混凝土成为一种优质的海工建筑材料。鉴于北方海洋环境下盐分侵蚀、冻融循环造成的破坏较为严重，本文将主要探讨北方海洋环境下大掺量粉煤灰混凝土的服役特点以及耐久性问题。1影响海工混凝土破坏的主要因素由于沿海工程所处环境恶劣，海水中含有大量的侵蚀性离子，混凝土的胶凝体会被海水中的某些离子(C1一、Mg“、SO。2一等)破坏，同时混凝土还要受到冻融破坏、风浪冲刷、浪溅区干湿变化等作用，使得混凝土强度降低、钢筋锈蚀、结构可靠性降低【1]。①基金项目：国家重点实验室开放基金项目(LPl213)。混凝土在海洋环境下受到的破坏作用主

4、要包括以下几个方面：1．1氯离子侵蚀在海工混凝土结构的耐久性问题中，钢筋锈蚀是核心问题，而在引起锈蚀的因素中，氯离子侵蚀最为显著。氯离子通过混凝土内部孑L隙和微裂缝体系从周围环境向混凝土内部迁移，氯离子的传输过程是一个复杂的物理化学过程旧J，涉及到许多机理，目前关于氯离子侵入混凝土方式的理论主要有以下几种：(1)渗透作用：即氯离子在水压力梯度作用下，随水向压力较低的方向移动。(2)毛细管作用：由于毛细管的负压吸收作用而导致氯离子随水吸人后，在湿度梯度作用下与毛细管水一起在混凝土中传输的行为，即盐水向混凝土内部干燥的部分移动。(3)扩散

5、作用：在浓度梯度的作用下，氯离子从浓度高区域向浓度低的地方移动，即氯离子在混凝土中的扩散过程满足Fick第二定律口J。(4)电化学迁移：即氯离子向电位较高的方向移动。但实际上，氯离子的侵入是几种不同方式的组合，另外，还受到氯离子与混凝土材料之间的化学结合、物理粘结、吸附等作用的影响。即使混凝土碳化深度较浅，在氯离子含量较高的情况下，钢筋也容易遭受腐蚀。海洋环境下混凝土中钢筋锈蚀的机理，与大气环境下混凝土中钢筋锈蚀的机理有所不同。一般大气环境下，钢筋锈蚀主要是由于混凝土中性化破坏钢筋表面的钝化膜所致；而海洋环境下主要是由于氯离子的侵蚀引

6、起的。水泥水化后，在混凝土中的钢筋表面形成高碱性(pH>12．6)的致密钝建材技术与应用2／2014·21·化膜，该钝化膜中包含Si—O键，对钢筋起保护作用，这是钢筋不受到破坏的主要原因。但是，该钝化膜只有在高碱性环境中才能稳定存在，当pH<11．5时(临界值)，钝化膜就开始不稳定；当pH<9．88时，钝化膜生成困难或已经生成的钝化膜逐渐破坏Mj。由于氯离子的穿透力非常强，当氯离子进入混凝土中吸附于局部钝化膜时，使得该处的pH值迅速降低，氯离子的局部酸化作用，可使钢筋表面的pH值降低到4以下，从而使钢筋钝化膜破坏。由于钝化膜的破坏，使

7、得部分铁基体外露，与未被破坏的钝化膜之间存在电位差，钝化膜作为阴极，而铁基体成为阳极被侵蚀。此外，由于cl一与Fe2+相遇会生成FeCl：，使Fe2+含量减少，Cl一正是发挥了阳极去极化的作用从而加速阳极反应。氯离子的存在也强化了离子通路，降低了阳极、阴极之间的电阻，加速了电化学腐蚀过程。氯离子不仅促成了钢筋表面的腐蚀电池，而且加速了电池作用的过程。粉煤灰的掺人，对于改善混凝土抗氯离子侵蚀性能有明显效果；且水化中后期，火山灰效应的发挥逐渐超过水胶比对强度的影响，成为混凝土抗氯盐性能的主导因素‘5

8、。1．2硫酸盐侵蚀作为混凝土耐久性的一

9、个主要方面，硫酸盐侵蚀的实质是环境水中的硫酸盐离子进入混凝土内部，与水泥石中一些固相组分发生化学反应，生成一些难溶的盐类矿物而引起的。这些难溶的盐类矿物一方面可形成钙矾石、石膏等膨胀性产物，而引起膨胀、开裂、剥落和解体；