海滨区域桥梁及 U型槽防腐、阻锈混凝土耐久性研究

李雅杰

摘要：据调查，在沿海地带道路大量采用了桥梁和U型槽作为道路组成的一部分，在整个城市的发展中起到十分重要的作用，但是在沿海地带，许多海工及恶劣环境下钢筋混凝土构筑物的设计使用寿命难以达到要求，结构发生严重损害，甚至危机结构安全。本文以泉州海湾大道为例，介绍了本项目的桥梁和U型槽结构防腐、阻锈混凝土耐久性应用情况进行概述，针对混凝土构筑物所处的恶劣环境，分析滨海区域环境对混凝土及混凝土中钢筋的腐蚀作用机理所采取的措施和技术要求，然后对于目前的部分应用及文献从研究要点方面进行阐释和论述，因此，在滨海区域桥梁和U型槽混凝土结构施工时，可以通过防腐和添加阻锈剂来满足对混凝土的要求。

关键词：防腐、阻锈 混凝土 耐久性

1、前言

随着建筑业的发展，建筑物在各种环境中不断的建设。混凝土的使用寿命直接影响了建筑结构的使用年限。为了满足建筑物的使用年限，延长建筑物的使用寿命，在混凝土中使用各种外加剂。海滨城市的建筑环境更为苛刻，城市地下水与海洋连通，地下水中含有大量的氯离子与硫酸根离子。通过对钢筋的腐蚀、对混凝土结构孔隙的侵蚀，对钢筋混凝土结构造成了极大地损害，降低了混凝土结构的耐久性，降低结构物的使用寿命。对国民经济造成了巨大的损失，因此海滨城市的防腐、阻锈混凝土结构的耐久性也是国内研究的难点。本文着重对海滨城市防腐、阻锈混凝土的应用进行研究。

2、防腐、阻锈混凝土概述

防腐、阻锈混凝土指具备的防腐、阻锈性能的混凝土。是一种特殊使用功能的混凝土。对混凝土的特殊性能有严格的要求，依据《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》中规定，对混凝土的电通量、抗氯离子、抗硫酸盐侵蚀有着较高的标准。因普通混凝土在防腐、阻锈方面的性能不是特别理想，因此在混凝土拌制过程中通常通过添加外加剂来提高混凝土的防腐、阻锈能力。

3、混凝土耐久性降低的原因

混凝土及钢筋混凝土材料埋设在各种类型的土壤中，都不同程度地遭受各种侵蚀介质的腐蚀损坏。其腐蚀形态、腐蚀规律、腐蚀机理及主要影响因素与土壤类型、土壤理化性质及微生物的种类和含量有着直接的关系。沿海一带的土壤属滨海盐土，滨海盐土中的盐份组成主要是氯盐和硫酸盐。

硫酸盐腐蚀机理被侵蚀破坏的混凝土中，存在一些针柱状晶体。这种针柱状晶体为硫铝酸三钙，矿物名称为钙矾石，是来自水泥中的氧化钙和氧化铝水化产物与硫酸盐反应生成的。由于硫铝酸三钙晶体体积增大，产生巨大膨胀应力，导致混凝土开裂破坏。因为硫酸铵与氢氧化钙发生反应时，一部分铵离子溶于水，一部分则以气体氨形式释放出来加速了水泥石的侵蚀。在镁盐侵蚀时，由于镁盐能把硅酸三钙和铝酸三钙中的钙离子置换出来，促成了与硫酸根结合成钙矾石。硫酸盐侵蚀的另一产物为钙硅石，其化学式为CaCO3·CaSO4·CaSiO2·15H20，是混凝土在硫酸盐作用下膨胀作用的另一因素。钙硅石是由氢氧化钙、碳酸钙和无定形二氧化硅及石膏在低温下形成的。钙硅石使混凝土表面产生鼓泡、胀裂和凸起等现象，导致混凝土松软，强度降低。水和土壤中含有的硫酸钠、硫酸钾、硫酸镁以及各种其他的硫酸盐都能与水泥石中的游离氢氧化钙作用生成溶解度更小的水化硫铝酸钙。反应生成的硫酸钙和水化硫铝酸钙，其体积比原化合物的体积大得多，引起混凝土的膨胀和破坏。从氢氧化钙转化为硫酸钙其固体体积将是原来的两倍多，而水化铝酸钙进一步结合生成含32个结晶水的水化硫铝酸钙时，其固体体积又有两倍的增，这是混凝土受到硫酸盐侵蚀后受胀导致强度下降甚至破坏的原因。

盐类结晶（析盐）侵蚀大部分盐在不同环境下分别呈固态、液态和气态3种聚集态。盐溶液侵蚀性较大，特别是呈酸性反应或在溶液中能分解出酸根离子的盐对混凝土均有不同程度的侵蚀。固体盐和盐的气溶胶对混凝土的侵蚀性与其吸湿性、溶解度和环境温度等因素有关，因盐在不同湿度、温度的作用下，聚集态可以相互转化，所以其侵蚀状态很复杂。混凝土是呈酸性反应的多孔材料，所有易溶盐吸湿后都能渗入不密实的混凝土孔隙，在一定的湿度和温度下转化为体积膨胀的结晶水化物，这是盐侵蚀的一大特点。盐类结晶侵蚀系混凝土一端与含盐溶液接触，通过毛细作用，溶液沿毛细管上升至混凝土迎空面；水分蒸发，溶液达到过饱和在毛细管中析晶。一方面溶液浓度加大，达到过饱和，加速化学侵蚀反应；另一方面因盐析晶，产生晶间推力。因结晶温度不同，由带水晶体向结晶水晶体转化，体积显著增大而产生巨大膨胀应力，加速混凝土破坏，其破坏速度及破坏程度往往比化学反应侵蚀更快、更严重。

4、如何改善混凝土结构耐久性

结构物是由钢筋和混凝土组合而成的，两者的性能同时影响着结构物的耐久性。混凝土的密实性能的提高加强了对钢筋的保护，提升结构物的耐久性，反之，混凝土密实性能差。化学侵蚀性介质容易进入混凝土内部结构导致钢筋腐蚀，引起结构物的破坏。因此提高混凝土的耐久性，不仅仅是提高混凝土的抗腐蚀能力，还要提高混凝土的密实性，和钢筋的抗锈蚀能力。混凝土是由骨料、水泥（含掺合料）、水及少量外加剂组成的。混凝土体积稳定性取决于其中水泥浆的数量与质量。在达到工作性的前提下，应降低水泥浆的数量，同时应改善水泥浆的组成，使其具有良好的结构粘度，使混凝土拌合物均匀，改善硬混凝土的结构。为提高混凝土的密实性和钢筋的抗锈蚀能力，通常采用改良混凝土配合比的方式来调整混凝土的密实性，通过掺加外加剂来进一步减少混凝土结构的孔隙率和提高钢筋的抗锈蚀能力。

5、提高混凝土性能的途径

5.1 改善骨料级配，降低空隙率

在混凝土中，砂、石起骨架作用，称为骨料；水泥与水形成水泥浆，水泥浆包裹在骨料表面并填充其空隙。我国目前大量采用石灰石为粗骨料，针片状颗粒较多，因而空隙率较大，最高甚至达到52%左右，用这样的骨料配制混凝土，必定要多用水泥浆。因此，需要调整骨料级配，尽可能降低其空隙率。对细骨料也要选择级配合格的中砂，达到表面积和空隙率均较小。

5.2 合理选择单方混凝土用水量

对于混凝土而言，单方用水量是一个很重要的参数。因为单方用水量过小时，水泥浆变得干稠，混凝土拌合物的流动性过低，会使施工困难，不能保证混凝土的密实度。增加单方用水量会使流动性加大，如果单方用水量过大，又会造成混凝土拌合物的粘聚性和保水性不良，而产生流浆、离析现象，并严重影响混凝土的强度和耐久性，因此要合理选择单方混凝土用水量。

5.3 用超细粉取代混凝土中的部分水泥

关于超细粉，有填充性超细粉与填充分散性超细粉两种。前者如硅粉，掺入水泥中，填充水泥空隙，使水泥石的密实度提高，抗渗性与耐久性提高。后者如矿渣超细粉，掺入水泥中，不仅填充水泥空隙，而且使水泥粒子分散，增大水泥浆体的流动性。

5.4 配合比进行优化

在保证混凝土满足强度和泵送施工要求下减小水灰比，使拌合用水最少，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。

6、提高混凝土耐久性的途径

混凝土的外部环境、内部孔结构、原料、密实度和抗渗性是混凝土耐久性能的重要因素。因此，工程中应根据具体情况，有针对性地采取相应措施，提高混凝土的耐久性。

（1）原材料的选择。

水泥类材料的强度和工程性能，是通过水泥砂浆的凝结、硬化形成的，水泥石一旦受损，混凝土的耐久性就被破坏，因此水泥的选择需注意水泥品种的具体性能，选择碱含量小、水化热低、干缩性小、耐热性、抗水性、抗腐蚀性、抗冻性能好的水泥，并结合具体情况进行选择。

（2）集料的选择。

考虑其碱活性，防止碱集料反应造成的危害、集料的耐蚀性和吸水性，同时选择合理的级配，改善混凝土拌合物的和易性，提高混凝土密实度；大量研究表明了掺粉煤灰、矿渣、硅粉等混合材能有效改善混凝土的性能，改善混凝土内孔结构，填充内部空隙，提高密实度，高掺量混凝土还能抑制碱集料反应，因而掺混合材混凝土，是提高混凝土耐久性的有效措施，混凝土中所采用粗细集料，要控制材料的吸水率以及其它杂质的含量，确保材质状况。我国幅员辽阔，集料种类千差万别，在不少地域均发现过活性集料。这些活性集料共分两类，一类为碱—硅酸反应 （ASR），一类为碱—碳酸盐反应（ACR）。施工中要严格加强对活性集料的控制。

（3）混凝土的设计应考虑耐久的要求。

混凝土配比的设计配合比设计在满足混凝土强度、工作性的同时应考虑尽量减少水泥用量和用水量，降低水化热，减少收缩裂缝，提高密实度，采用合理的减水剂和引气剂，改善混凝土内部结构，掺入足量的混合料，提高混凝土耐久性能。结构构件应按其使用环境设计相应的混凝土保护层厚度，预防外界介质渗入内部腐蚀钢筋。结构的节点构造设计也应考虑构件受局部损坏后的整体耐久能力。结构设计尚应控制混凝土的裂缝的开裂宽度。

（4）采用专用复合混凝土外加剂。

采用具有高效减水、引气、增加混凝土密实度以及含有有效阻止钢筋锈蚀组分的复合型混凝土外加剂。增加混凝土密实度以及含有有效阻止钢筋锈蚀组分的复合型混凝土外加剂可选用 CFA-ZF 阻锈防腐型防水剂或 CFA-EF 防腐阻锈剂。防腐阻锈剂掺入到混凝土当中后可以改善水泥水化密实性能，减少盐类腐蚀能力，通过提高混凝土密实性来抵抗盐类腐蚀，从根本的反应机理上起到阻止或延缓硫酸盐和氯盐腐蚀的作用，从而提高混凝土的耐久性。防腐阻锈剂能够有效提高混凝土抗硫 酸盐侵蚀的性能，可降低侵入混凝土中 SO4²离子浓度，并细化毛细孔的孔径，抑制氢氧化钙从水泥中析出的速度，达到延缓石膏和钙矾石晶体的生成，起到抑制其膨胀破坏的作用，进而起到延缓混凝土硫酸盐侵蚀破坏的速度。产品中的特种超细微粉使混 凝土的防腐薄弱环节氢氧化钙转化为耐腐蚀、坚硬的组分 C-S-H凝胶。从根本上转变普通混凝土的抗硫酸盐侵蚀能力。此外以上两种产品中含有一定量的阻锈剂，使混凝土具有保护钢筋不被氯离子侵蚀的功能。因此大幅提高混凝土的耐久性能。

7、结束语

总之，对防腐、阻锈混凝土的使用时，要做好原材料检测，配合比验证，防腐、阻锈效果的检测。保证混凝土的防腐阻锈效果能满足混凝土的耐久性要求。

参考文献：

[1]詹镇峰 李从波 钢筋阻锈剂对混凝土结构耐久性的提 升作用。广东建材 2011 年第 9 期

[2]《混凝土结构耐久性设计规范》（GB/T 50476-2019）

[3]《普通混凝士长期性能和耐久性试验方法》（GB/T 50082 -2009）