防腐混凝土在岩土工程施工中的应用？
结构防腐主要从混凝土内部阐述其腐蚀性,并通过掺入外加剂进行有机补偿,使其应用于各种抗裂防渗混凝土,尤其适用于与防水有关的地下、水工、海工、地铁、隧道和水电等钢筋混凝土结构工程。
0引言
建筑结构防腐与裂缝控制是一个系统工程,近10年来,我国工民建向长期化、复杂化发展,商品混凝土普及应用,混凝土强度等级从C30向C50发展,这些因素导致钢筋混凝土结构开裂的机率增多。
大多数土壤中都含有一些硫酸盐,若硫酸盐浓度低,则对混凝土不会产生太大的影响;若硫酸盐浓度高,则可对建筑物或构筑物的地下部分,如桥梁、隧道、涵洞和房屋的基础产生显著的破坏作用。这种破坏可能以膨胀形式出现而导致结构位移。硫酸盐膨胀也可使混凝土中的水泥水化产物丧失胶凝性,呈酥松状或糊状。我国隧道工程中也常遇到硫酸盐浓度高的地质环境。
本项工程为福建省某矿业公路改线工程,长度为5.488正线公里,位于两矿隧道之间,附近是矿区蓄水区,蓄水后将形成一个污水水库,库内为酸性水。设计文件说明:段内地表水为永坎铜矿水库库内及排出的沟水,根据与原既有线定测水质分析结果,水质属SO42-、K、Na、Ca2型水,对混凝土有强酸性和强溶出型及中等硫酸侵蚀性,矿区排出的水硫酸根含量达1200mg/L,具有强腐蚀性。在附近流经线路的沟水,水质属HCO3-·Cl--KNa型水,对混凝土具有中等溶出型和弱酸性侵蚀。为此设计要求桥梁墩台基础及地面上2m以下部分的墩身,涵洞基础及边墙以及2号隧道的混凝土均采用防腐混凝土。
根据以上设计说明,我们在一进场就进行施工调查,首先对各作业点的地表水进行随机取样,及时送实验中心及卫生防疫站进行水质化验分析,化验结果水质呈酸性,并将水质报告送至有关部门,经确认其侵蚀程度为中等侵蚀。
1硫酸盐腐蚀机理
硫酸盐腐蚀是指环境中的SO42-与硬化水泥浆的某些组分(水化硫铝酸钙、氢氧化钙)起化学反应,生成二水石膏或钙钒石,其相同体积比反应物增加1倍多,在水泥石内部产生很大的膨胀应力,造成混凝土膨胀开裂以至毁坏。
环境水中的SO42-含量不同,能使硬化水泥浆产生不同性质的腐蚀,当SO42-浓度较低时,它使硬化水泥浆产生硫铝酸钙腐蚀,当SO42-浓度>1000mg/L时,除了硫铝酸钙腐蚀外,还会产生石膏型的腐蚀。
从腐蚀的实际过程来看,硫铝酸钙腐蚀是由于生成钙矾石,最初使硬化水泥浆变成密实,强度增加。但随着钙矾石生成量的继续增多,产生局部膨胀压力,使结构胀裂,强度下降而破坏,在遭受硫铝酸钙腐蚀的试体上面可看到较大裂缝,而石膏的腐蚀是先经历一个强度降低的过程,继之膨胀、开裂。混凝土后期膨胀出现裂缝,主要原因是:
(1)水泥中游离CaO过高,Ca(OH)2体积膨胀所致;
(2)水泥中MgO过高,Mg(OH)2体积膨胀所致;
(3)水泥和外加剂碱含量过高,与集料中活性硅等发生碱-集料反应所致;
(4)有害离子Cl-、Mg2等侵入混凝土内部,导致钢筋锈蚀或形成二次钙矾石膨胀破坏所致。
2防腐混凝土原材料的选择
考虑混凝土防腐主要是材料的耐久性,因为耐久性对结构的维修和更新费用,有重大经济意义。耐久性被定义为材料在给定的环境条件下的使用年限。一般,密实的或不透水的混凝土具有长期的耐久性,而取决于它的配合比、捣实的程度和养护及正常环境的温度和湿度。
在以往工程中采用抗硫酸盐水泥配制防腐混凝土。但由于抗硫酸盐水泥作为特种水泥,目前国内生产厂家生产规模较小,并受工艺、运距、数量、价格较高等因素影响,制约了防腐混凝土商品化的发展。而我们利用普通硅酸盐水泥和NF-C耐腐蚀防水剂和优质粉煤灰,配制防腐混凝土并应用到永坎铜矿改线工程上,既解决了混凝土的防腐问题,又降低了混凝土成本,取得了较好的经济和社会效益。
2.1水泥
国内外有关资料的分析表明,在水泥的各个主要矿物组成中,C3A的含量大小对水泥的抗硫酸盐侵蚀能力影响最大,其次取决于C3S含量。
表1为水泥中各主要矿物的含量对抗硫酸盐性能的影响。
水泥用量增加可提高混凝土密实度,从而可以提高混凝土的抗硫酸盐性能。G.J.Verbeck对加利福尼亚州萨拉曼都硫酸盐土壤(含10%Na2SO4)中的混凝土试件进行长期研究,其结果见图1。
从图1可见,当水泥用量为225kg/m3和310kg/m3时,硫酸盐溶液对混凝土的破坏程度随着C3A的增加而增大,但当水泥用量达390kg/m3时,硫酸盐溶液对混凝土的破坏随着C3A含量的增加而只有稍微增加。ASTM标准的5种水泥中除早强型水泥外,Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅴ型水泥(水泥中C3A含量分别为10%、4%、8%和3%)混凝土的破坏几乎为零。这说明高水泥用量会显著地增强混凝土的抗渗性,进而提高混凝土的抗侵蚀能力。防腐混凝土使用的水泥除物理性能满足标准要求外,其C3A含量不超过8%,同时为防止碱集料反应,应尽量采用低碱水泥,我们选用了“科华”牌P.O32.5水泥。
2.2粉煤灰
在本项的混凝土施工过程中,掺入一定量的粉煤灰,这样可改善混凝土的抗腐蚀性能,因为首先用火山灰质混合材将降低水泥中的C3A和C3S的含量,相当于在混凝土中所用的胶结材料是低C3A和低C3S的水泥。其次这些火山灰质混合材的水泥水化过程中产生Ca(OH)2,引起化学反应生成C-S-H凝胶,除了消除一部分Ca(OH)2外,还能提高强度。Ca(OH)2的消除将减轻其膨胀危害,强度的提高则能限制其膨胀。C-S-H凝胶的产生使结构致密,降低了SO42-渗透进混凝土的能力。所以我们选用了江西贵溪电厂Ⅱ级粉煤灰。
2.3砂
为降低混凝土中的Cl-含量,我们选用了级配良好、含泥量等符合标准的中砂。
2.4卵石
通常,天然砾石呈圆形,具有光滑的表面结构;破碎的岩石表面具有粗糙结构,粗糙度取决于岩石类型及所选择的破碎设备。破碎的骨料可以含有相当数量的扁平和长条颗粒,这类颗粒对混凝土许多性质起不良影响。呈高度蜂窝状的浮石轻骨料同样呈多角形和粗糙结构,但陶粒或页岩轻骨料通常呈圆形和光滑结构。为提高混凝土密实度,我们选用0.5~4.0cm连续级配卵石配制防腐混凝土。
2.5防腐剂
为了抑制混凝土的侵蚀,并对市场上的调查,我们选定了NF-C耐腐蚀防水剂,此剂具有一定的引气和减水功能,降低了混凝土的用水量,在混凝土中形成大量的密闭、均匀的微气孔,改善了混凝土的孔结构,提高了混凝土的密实度。
3防腐混凝土配合比设计
根据设计说明及现场取样的水质分析报告来确定混凝土配合比设计的防腐等级,高水泥用量低渗透性的混凝土具有较高的抗硫酸性能,因此在混凝土施工过程中应尽量提高其抗渗性。除了增加水泥用量外,另外一个重要措施就是降低水灰比,一般情况水灰比低则混凝土致密,抗渗性也相应地提高。
3.1按试配强度计算水灰比
按《公路混凝土与砌体工程施工规范》(TB10210-2001/J118-2001)中表C.0.2环境水对混凝土侵蚀类型及侵蚀程度的判断的判定规则(见表2),永坎铜矿改线工程的地表水水质属中等侵蚀,所以根据表C.0.3混凝土受硫酸盐、盐类结晶或溶出型侵蚀的防护措施的规定(见表3),其最大水灰比应小于0.50,要求抗渗等级≥P8。
3.2计算水泥用量、粉煤灰用量
根据防腐混凝土施工工艺要求确定坍落度为30~50mm。通过混凝土拌合物性能试验选择用水量171kg/m3。粉煤灰采用外加法,掺入量为水泥用量的30%。
水泥用量CO=171/0.43=398kg。
粉煤灰用量Fm=C0×30%=398×30%=119kg。
3.3计算砂石用量
按假定容量法2400kg/m3计算,砂率取38.0%。
砂用量Sm=558kg,石用量G0=1136k
3.4计算外加剂用量
按计算的水泥用量C0计算外加剂用量,按8%最佳掺量掺入。
3.5根据实测容重调整混凝土的原材料用量
4正交试验设计
4.1选择因素水平
因素水平详见表4。
由极差大小可知:NF-C耐腐蚀防水剂对混凝土抗压强度的影响最大,粉煤灰对混凝土抗压强度的影响次之。计算表明,A因素和B因素三个水平测值的和,均以第一水平为最大,即粉煤灰掺量越小,NF-C耐腐蚀防水剂掺量最佳时,混凝土抗压强度越大。
4.2正交试验结果与极差分析
L9(34)正交试验结果及极差分析详见表5。
4.3方差分析
L9(34)正交试验结果及方差分析详见表6、表7。
上述试验数据分析表明,NF-C耐腐蚀防水剂和粉煤灰对混凝土抗压强度的影响均是显著的。且国内外大量试验已经证明粉煤灰的活性一般在后期得到发挥,它对混凝土的后期强度有较大贡献,有利于后期强度的发展。所以本次试验没有再取60天和90天龄期的抗压强度来验证这一点。
5捣实和养护
正确捣实可提高混凝土的密实度,避免过振而使浮浆过厚,确保抹压及时不出现塑性裂缝,同时认真对施工缝和细部结构进行微处理,可阻止SO42-向混凝土内部渗透,而潮湿养护则是混凝土强度发展的重要因素,对于掺矿物掺合料特别是掺粉煤灰的混凝土,更应该加强潮湿养护。
施工过程中由于混凝土保温、保湿养护不到位,容易产生收缩裂缝。特别是露天构筑物,尽管当地湿度很大,但是由于吹风影响,加速了混凝土水分蒸发速度,亦即增加干缩速度,容易引起早期表面裂缝,这也是夏季比秋季、南方比北方出现结构裂缝较多的原因。不少结构在浇注完了3~6个月,甚至在1~2年内出现裂缝,除荷载问题外,主要还是环境温度和风速引起的收缩变形所致。有些基础不及时复土,出入口长期敞开,局部防水层破坏不及时修补,这些与施工和建设方对结构维护缺乏认识有关。因此,在施工和使用过程中,我们重视已浇结构的保温、保湿维护工作,除确保其强度达到规定强度等级100%外,尽量减少“热胀冷缩”之影响。
6应用效果
在施工过程中我们对防腐混凝土的试件进行了抗渗试验,水压力加至1.1kPa时,试件均未出现渗水,其抗渗等级全部能够满足设计要求,同时其相对应的混凝土试件进行抗压强度试验,其强度等级也达到了设计要求。该防腐蚀堵漏效果工程完成2年后回访,防腐蚀堵漏效果显著而无任何新的问题产生。
7结语
通过对混凝土机理的研究和环境的分析,结合试验数据,确定了通过掺入外加剂进行有机补偿和施工合理的控制,对增强混凝土的耐久性、延长混凝土建筑物使用寿命具有很强的现实意义。同时通过环保角度和避免重复建设角度考虑,防腐蚀混凝土的前景令人乐观,具有较高的经济价值。
更多关于工程/服务/采购类的标书代写制作，提升中标率，您可以点击底部官网客服免费咨询：https://bid.lcyff.com/#/?source=bdzd
~
相关要点总结：
18075382072：岩土工程设计的内容、理论和方法
丰乐答：岩土工程设计的任务是根据各类工程建筑的要求和工程勘察所提供的场地资料和岩土体参数为岩土体的利用、整治或改造选择最优化的实施方案。岩土工程的设计内容、理论和方法随具体的工程不同而变化,例如基础工程设计中主要考虑的问题是地基承载力和地基变形稳定性,可能的设计内容有地基处理方案、降水方案、基坑支护方案等,设计...
18075382072：浅谈再生混凝土的性能特点及其应用工学论文
丰乐答：[1-2]是指将废弃混凝土块破碎、分级,并按一定的级配混合后形成的骨料,而利用再生骨料作为部分或全部骨料配制的混凝土,称为再生骨料混凝土,简称再生混凝土.再生混凝土是建筑材料的循环再利用,是与生态环境发展相协调的重要一部分,也 符合国家的可持续发展战略.本文主要讨论再生混凝土基本性能,探讨再生混凝土应用工程的发展...
18075382072：基坑工程施工中的问题及解决方案
丰乐答：某基坑工程,建设单位委托有资质的设计单位根据基坑周边环境等因素,确定支护结构采用单一土钉墙,施工单位根据岩土工程勘察报告等相关资料对建筑基坑及边坡、地基、基础工程进行施工。本文将围绕基坑工程施工中的问题及解决方案展开讨论。樂支护结构的选择选用支护结构的形式还应考虑周边环境、地质条件、施工工艺等因素。建筑基...
18075382072：隧道工程:神秘而迷人的建筑艺术
丰乐答：隧道工程是一门神秘而迷人的建筑艺术。它不仅需要考虑工程的实用性和安全性,还需要考虑美学和艺术性,让人们在穿越隧道时感受到美的享受。隣衬砌——隧道之魂衬砌是隧道工程中的重要组成部分,它是用混凝土或钢筋混凝土塑造的模板浇注而成,为的就是稳固岩石,让隧道畅通无阻。仰拱——隧道的精髓隧道顶部的形似马蹄...
18075382072：环境艺术专业课程介绍
丰乐答：本专业培养具有较扎实的数学、物理、化学和计算机技术等自然科学基础知识,掌握工程力学、流体力学、岩土力学的基本理论和基本知识。️工程基础知识掌握工程规划与选型、工程材料、工程测量、画法几何及工程制图、结构分析与设计、基础工程与地基处理、土木工程现代施工技术、工程检测与试验等方面的基本知识和基本方法。
18075382072：土木工程专业介绍
丰乐答：主干课程包括基础工程(道桥)、道路勘测设计、路基路面工程、钢桥、混凝土桥、桥渡设计。️岩土工程该专业旨在培养适应社会主义现代化需要,具有扎实的技术基础理论和必要的专业知识、较强的外语和计算机应用能力,有一定的分析解决工程实际问题能力及工程设计能力,有初步的科学研究、科技开发能力和管理能力的铁道工程高级...
18075382072：建筑用砂与石子:选择、性能与影响
丰乐答：混凝土选择10-20mm粒径的碎石,保证流动性与泵送要求。想了解更多,可以参考《岩土工程勘察规范》和生产厂家资料。隣物理力学性能与成分石料的物理力学性能与成分有着密切的关联。想了解更多,可以参考相关专业书籍。环境影响采砂、石的过程中,需要注意河岸、山体的稳定,避免对环境造成不良影响。同时,粉尘、噪音污染也...
18075382072：岩土工程施工
丰乐答：岩土工程施工是岩土工程中必不可少的一环,是对岩土体利用、整治和改造的技术实施,任何一项岩土工程的设计功能都必须通过施工才能够实现,任何一个不考虑施工技术可实施性的岩土工程设计都是纸上谈兵,没有任何实际意义。 岩土工程施工是一项技术性很强的工作,可以说一定时期、一定地区的岩土工程施工水平是当时当地社会文...
18075382072：岩土施工新技术有哪些
丰乐答：目前在国内岩土工程中应用的较为广泛的新技术主要是沉井，稳定性强，坚固且力学性能强、能够承载较大的负荷，就可以顺利进行钻孔，施工时钻浆带出钻渣。 4、泥浆钻孔护壁灌注桩。 4、不积存泥水、不震动，然后进行水下浇筑混凝土带出泥浆.3 混凝土喷射技术是将一定配比的混凝土通过利用喷射机抽缩空气将其...
18075382072：岩土施工新技术有哪些
丰乐答：4.目前在国内岩土工程中应用的较为广泛的新技术主要是沉井、泥浆钻孔护壁灌注桩、喷射混凝土等技术的应用。4.1 沉井又指沉箱施工，具有对施工周围环境影响小的优点，是在井筒状井内挖土施工至规划的深度，稳定性强、能够承载较大的负荷。4.2 泥浆钻孔护壁灌注桩技术的应用的优势在于施工过程无噪声、不...