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硫酸盐环境中混凝土施工防腐措施

发布时间:2020/3/27 15:59:37   阅读:

摘要】青海省循化县的盐渍土主要以硫酸盐为主,结合本项目桥涵结构物的施工过程,探讨了在硫酸盐环境中混凝土施工过程中的防腐措施。

关键词】西北地区;硫酸盐;混凝土施工;防腐措施

1工程概况

本项目位于青海省海东地区境内,公路等级为二级公路,设计速度为60km/h,沥青混凝土路面结构层,路面宽12m,双向2车道。本项目盐渍土主要为硫酸盐,部分段落有亚硫酸盐、氯盐等。

2盐渍土的类型及其形成机理

2.1盐渍土的类型及其分布

青海省循化县地处黄河上游峡谷地貌,据推测,境内的盐渍土属于内陆盐渍土区的过干盐渍土亚区,该地区年降水量不足200mm,蒸发量约为降水量的数十倍,毛细水作用强烈;加之周围封闭的地势,排水不畅,有最大程度的盐渍化条件和丰富盐类,极利于盐分在表面汇集;形成盐渍土环境。本项目盐渍土主要为硫酸盐,部分段落有亚硫酸盐、氯盐等[1]。

2.2盐渍土形成机理

1)干旱地区因蒸发量远大于降水量,加之毛细水强烈作用下,盐分极易在表面聚集。2)内陆峡谷地势,四周封闭,排水不畅,造成水分蒸发盐分表面聚集。3)土体中含盐量较高,降水量少,融滤作用弱,水分蒸发盐分聚集,形成表面盐壳。4)因地处干旱地区,蒸发量远大于降水量,水流冲积后在山前倾斜面上淤积,水分逐渐蒸发后形成盐渍土;同时,在多年降水作用下,融滤山体母岩的盐分后,多次在地势低洼处沉积,在蒸发作用下形成多层盐渍土及石膏层。5)根据本地区山体岩层母岩本身含盐量较高推测该地区曾经为咸水湖海,经数百万年的地壳运动形成现在的地形。

3盐渍土中硫酸盐的腐蚀机理

盐渍土中含盐量及种类不同,其腐蚀性也有差异。盐渍土腐蚀主要是指易溶盐离子通过物理、化学作用使混凝土出现分化、脱落现象或失去强度。硫酸盐的腐蚀性主要是地下水或地表水中含有大量的SO42-离子的碱性硫酸盐(Na2SO4、K2SO4等)的作用,当SO42-离子浓度≥1400mg/L时,水泥中的C3A及混凝土的主要材料水泥石就会与碱性硫酸盐发生化学反应,产生的破化作用会严重影响混凝土的使用寿命。

4桥涵结构物混凝土施工的防腐措施

由于本项目沿线的盐渍土分布十分广泛,对桥涵结构物的混凝土具有强烈的腐蚀性,严重影响混凝土的使用寿命。盐渍土环境下的桥涵结构物必须采取相应的防腐措施,确保桥涵结构物的安全耐久、外观质量[2]。防腐措施需要根据盐岩的含量、化学成分及地下水位情况,采取相应的防腐措施,主要为“内增表防外挡”综合防腐。桥涵结构物表面涂刷防腐蚀材料,基础回填采用砂砾等透水性材料,减小毛细作用;周围铺设土工膜隔断层防止外部水浸入。桥涵工程受腐蚀最为严重的部位是地面以上至水位之间,根据新疆焉耆公路桥涵桩柱和铁道部察尔汗盐渍土试件7a后腐蚀调查结果,结构物腐蚀主要发生在地面以上1m至水位间,主要呈现结晶性、分解性的复合腐蚀,同时还有冻融循环、干湿交替产生的物理性破坏。

4.1混凝土配合比优化设计

4.1.1有针对性地选择水泥种类

采用抗腐蚀盐类水泥或控制其中的C3A含量,例如,抗硫酸盐水泥主要成分为硅酸钙,含有较少的C3A;经试验,硫酸盐的腐蚀性无论是外部还是内部,都会根据水泥中C3A含量增加而增加,当水泥中C3A含量≤5.5%时,则具有良好的抗腐蚀性,C3A含量≤8%的水泥就可直接用于中等硫酸盐环境。

4.1.2适当掺加一些矿物掺和料

矿物掺和料主要有粉煤灰、矿渣粉等,矿物掺合料首先稀释了水泥中C3A有害组分的含量,同时也可利用掺和料的填充效应、微集料效应和活性效应,与水泥水化产物Ca(OH)2形成了次硅酸钙凝胶,降低了石膏、钙矾石的形成风险。另外,矿物掺合料将会减小混凝土的水胶比,提高混凝土和易性,增加混凝土密实度,降低外部硫酸根离子的渗透速度。因而,其对提高混凝土抗硫酸盐腐蚀能力效果明显。

4.1.3控制最小水泥用量和最大水灰比

在允许的范围内提高水泥用量,可以增加混凝土的密实程度和强度,减小硫酸盐侵蚀产生的膨胀。水灰比越小,空隙率越小,密实度越好,降低了外部硫酸根离子的渗透速度。

4.1.4集料控制

1)粗集料:应选择质地均匀的材料,建议压碎值≤9%,吸水率应≤2%,针片状含量≤9%,级配符合设计及规范要求。2)细集料:优先选用颗粒分布均匀的中粗砂。由于本地砂石料场大部分为盐渍土地区生产的天然砂石材料,我项目采用机制砂,并自购洗砂设备用清水将砂石料冲洗干净,防止盐渍腐蚀。3)易溶盐的腐蚀度与混凝土的密实程度有关,混凝土越密实抗腐蚀能力就越好;因此,本项目在施工过程中严格控制粗细骨料的级配,保证混凝土密实。

4.1.5适当掺加外加剂

本项目海拔2000m左右,具有气温低、温差大、蒸发量高的特点,对混凝土结构造成极大的不利影响,为保证混凝土工程的耐久性,在混凝土中掺加可提高混凝土抗腐蚀性能的外加剂,保证混凝土的低温早强耐久,以方便施工。本项目桥涵结构物混凝土均采用山西桑穆斯建材化工有限公司生产的AE高效引气减水剂。

4.1.6施工用水控制

施工用水要进行含盐量检测,达标后方可使用;拌和、养护、模板清洗等施工用水要按规定检测含盐量指标,上部结构尽量采用集中预制。本项目桥涵基础及桥梁墩柱采用C35抗硫酸盐混凝土,采用抗硫酸盐水泥,掺加优质粉煤灰,适当添加减水剂、引气剂,注意振捣,确保混凝土密实。

4.2钢筋工程防腐措施

1)钢筋存放尽可能在仓库中或进行场地硬化、隔断,避免钢筋直接接触盐渍土地基,遭受氯盐侵蚀。2)钢筋加工制作尽可能在钢筋加工场内封闭的工棚内进行,钢筋绑扎尽量采用点焊。若用扎丝绑扎,制作过程中应严格检查,保证扎丝端头朝向内部。桩基主筋保护层厚度适当调大,保护层垫块绑扎在主筋上且绑扎铁丝偏心布置[3]。3)在有腐蚀的部位和地下部位,混凝土钢筋保护层的厚度应比其他部位的厚度增大5~15mm,以抵抗外部环境长时间的侵蚀。4)未及时浇筑混凝土的外露钢筋宜及时涂刷水泥浆。

4.3混凝土结构施工过程防腐

1)桥梁基础采用钻孔灌注桩结构形式,钻孔灌注桩所需泥浆池要在泥浆池底部及四周铺设塑料布隔断,避免盐渍土地基中氯盐、硫酸盐浸入泥浆。2)桩基顶部3.5m范围内采用表面经过防腐处理过的卷制钢板作为防腐钢护筒,可以阻断盐渍土与混凝土的接触,同时减少冻融循环,防止施工期间塌孔。3)承台、地系梁及涵洞基础针对氯盐的吸湿性强,吸水后盐分溶失,土质变软,分解腐蚀性强,采取设置砂砾垫层和多层隔渗土工布等措施。针对硫酸盐吸水结晶、盐胀问题突出的特点,三背回填采用砂砾材料。地系梁及承台底部1.5m范围内采用砂砾换填,换填前将基坑用牛毛毡2层、防水土工布1层铺设,隔断盐渍土的腐蚀和毛细作用下的盐吸附以及物理腐蚀。承台表面刷3遍沥青并设置1层防水层,防水层采用油毛毡包裹。4)墩柱底部的设计水位上下1.5m范围内也同样设置防腐钢护筒。墩柱底部的钢护筒涂刷沥青,水中墩设计水位上下1.5m范围内采用经过镀锌处理的防腐钢护筒。5)涵洞基础采用透水性好的砂砾进行回填,严格控制砂砾材料的级配,分层填筑,确保密实度,要求分层压实后达到最佳密度的96%以上,涵背回填前,在盖板顶、台背及端墙背面等与填土接触的部位涂刷2层防腐沥青,厚度为1.0~1.5mm,防止盐渍土侵蚀。

5结语

在西北地区硫酸盐环境中进行公路工程桥涵结构物施工时,必须重视结构物的防腐蚀能力。首先研究清楚其腐蚀机理和主导影响因素,通过大量的试验,采取合理的防腐蚀措施,使桥涵构筑物及各种地下设施达到安全、耐久的目的。本项目通过对硫酸盐侵蚀混凝土的机理分析,找到了混凝土受侵蚀破坏的原因,在现场混凝土施工过程中及时采取了相应的抗腐蚀措施,防腐效果有待进一步观察验证。

【参考文献】

【1】范君峰,金祖权,姜玉丹.防腐混凝土收缩和硫酸盐腐蚀研究[J].青岛理工大学学报,2018,39(2):24-28.

【2】甄五昌.混凝土防盐腐蚀措施的探讨[J].工程技术研究,2019,4(16):132-133.

【3】王旭.混凝土防腐措施及评价方法分析[J].全面腐蚀控制,2019,33(7):69-70.

作者:韩绍甫 单位:中交三公局第二工程有限公司

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