淺談海港工程混凝土中添加抗蝕增強劑(CPA)的應用

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0.前言

當前我國海港、海岸工程等建設蓬勃發(fā)展，海港工程混凝土結構的數(shù)量迅速增長，然而海港工程混凝土腐蝕情況也十分普遍，經(jīng)濟損失巨大。工程中港口、碼頭等混凝土處在易受腐蝕的惡劣自然環(huán)境中，不可避免地要遭受海水、大氣中有害物質的腐蝕，特別是處在浪濺區(qū)、水位變動區(qū)的混凝土。海港工程混凝土一般使用30多年其混凝土構件就遭受嚴重腐蝕，影響結構耐久性和安全性，為了保證海港各種設施的安全運行，提高結構耐久性和保證結構安全性，必須采取各種有效的防腐蝕措施。海港工程的混凝土構件是極其重要的結構部位，在海港工程混凝土中添加適量外加劑是一項常用的防腐蝕措施之一,可以促進混凝土質量的優(yōu)化，提升混凝土的性能，降低混凝土的孔隙率和透水性，從而提高結構耐久性，在海港工程混凝土中添加外加劑也成了混凝土配合比優(yōu)化設計常用方法，而海港工程混凝土抗蝕增強劑為提高海港工程混凝土耐久性提供了新的材料。

1.海港工程混凝土腐蝕的原因分析

從國內(nèi)外海港工程混凝土破壞情況的分析表明，不僅海水中的有害離子對混凝土化學侵蝕，以及凍融、干濕等物理作用破壞外，還有混凝土收縮開裂、抗?jié)B性差也是重要原因之一，裂縫成為有害離子滲入混凝土內(nèi)部的渠道，與混凝土中的Ca(OH)2 起化學反應，使鋼筋的侵蝕和凍害加劇，導致海港工程混凝土耐久性下降?？傊?，混凝土在海水環(huán)境中的破壞是若干物理化學作用的綜合結果。

海港工程混凝土結構耐久性涉及設計、材料、施工等方面，分析了海港工程混凝土的物理化學破壞后，就可以找到減少其破壞過程的技術措施。由于經(jīng)常受干濕和收縮影響，混凝土表面或內(nèi)部不可避免出現(xiàn)裂縫，這對長期處在具有腐蝕性的海水環(huán)境中的混凝土無疑是致命的，如何防止或減少混凝土結構開裂，并提高混凝土密實度和抗?jié)B性是至關重要的。

2.提高海港工程混凝土耐久性的技術措施

2.1水泥品種的選擇

對海港工程混凝土選擇合適的水泥品種是十分重要的，應保證降低孔隙率、降低透水性和增強抗?jié)B性，以及保護層不出現(xiàn)裂縫或控制有害裂縫，為確保海港工程混凝土的耐久性，宜優(yōu)先選用C3A含量小于8%的普通水泥或抗硫酸鹽水泥。

2.2適量添加高效減水劑

單靠水泥品種選擇和水泥用量增加是不夠的，國內(nèi)外現(xiàn)在越來越多地通過添加外加劑來調節(jié)混凝土的性能，取得了很好的效果。

在海港工程混凝土中添加高效減水劑，能保持混凝土工作性質不變而顯著減少拌合用水量、降低水灰比，提高海港工程混凝土的密實性和不透水性；同時，在混凝土中添加相適應的高效緩凝減水劑，還可以改善混凝土和易性、降低水化熱、減緩水化速度，推遲初凝時間4～6h，延緩水泥水化熱的釋放速度，推遲混凝土放熱高峰時間，延長混凝土升溫期，減少混凝土表面溫度梯度，避免或減輕混凝土開裂。

2.3適量添加優(yōu)質粉煤灰、礦渣粉等活性混合材

粉煤灰、礦渣、硅灰等火山灰質材料的大量研究和應用，使水泥品種對混凝土抗裂防滲的影響日漸突出。通過改善混凝土和易性、降低水化熱、與硅酸鹽水泥水化過程中產(chǎn)生的Ca(OH)2反應，致密水泥石結構、改善集料和水泥漿體界面之間的粘結等作用，提高硬化混凝土微結構的均勻性和抗裂能力。

粉煤灰、礦渣等活性混合材在其火山灰反應中，消耗硅酸鹽水泥熟料水化產(chǎn)生的Ca(OH)2，使混凝土中Ca(OH)2含量減少，減輕NaCl等對水化硅酸鈣的腐蝕。粉煤灰還能改善水泥石孔結構,使水泥漿體中70%以上的孔分布在200?魡粉煤灰、礦渣等活性混合材在其火山灰反應中，消耗硅酸鹽水泥熟料水化產(chǎn)生的Ca(OH)2，使混凝土中Ca(OH)2含量減少，減輕NaCl等對水化硅酸鈣的腐蝕。粉煤灰還能改善水泥石孔結構,使水泥漿體中70%以上的孔分布在200?魡以下，大大降低Cl-的擴散系數(shù)，從而降低海水對混凝土的化學侵蝕。

2.4適量添加海港混凝土抗蝕增強劑

海港混凝土抗蝕增強劑是一種復合外加劑，以適量添加混凝土中，達到相關技術規(guī)范中的混凝土技術要求，具有很好的抗裂性能和抗?jié)B性。

3.外加劑在海港工程混凝土施工中的作用

3.1對混凝土內(nèi)部溫度進行有效控制

在海港工程混凝土中普遍用到的外加劑有減水劑、緩凝劑、緩凝減水劑等，不僅提高混凝土和易性外，還可以抑制早期水化的溫升，對混凝土的內(nèi)部溫度進行有效控制?；炷翂K體之所以在內(nèi)部溫度升高后能夠有所降低，其主要原因還是因為緩凝減水劑在水泥水化放熱的過程中起到了很好的轉變作用，實現(xiàn)有利的溫度控制，防止混凝土開裂。

3.2克服骨料級配不佳的影響和改善混凝土的和易性

在施工時遇到級配差的骨料時，拌制混凝土過程中會由于流動性減小而導致用水量增多，對混凝土質量是極不利，需添加減水劑做出適當?shù)恼{整。在海港工程混凝土添加外加劑主要是為了改善混凝土的和易性，對含水量進行有效控制，由于萘系減水劑和木鈣的運用變得逐漸普遍，使得添加外加劑改善和易性的效果能夠很好地發(fā)揮。

3.3提高施工的適應性

在港口施工時常常要考慮到地理和氣候等原因帶來的影響，在需要時應該增加相關的設施來滿足不同環(huán)境下的施工需要，在炎熱或寒冷地區(qū)的施工需要運用緩凝劑、緩凝減水劑來不斷優(yōu)化混凝土施工的適應能力，確?；炷恋臐仓|量達到標準。

3.4改進混凝土的施工工藝

在施工過程中運用新工藝、新技術能夠對施工工藝進行優(yōu)化，如泵送混凝土、流動混凝土、噴射混凝土等等，因外加劑的不同使用效果，對于其具體的海港工程施工工藝也有著很大的促進。

3.5提高抗氣蝕能力

在混凝土標號超過400號后，在30m3/s左右的流速環(huán)境下就難以出現(xiàn)氣蝕破壞，用高效減水劑制備高強度混凝土可以提高抗沖磨、抗氣蝕的性能，運用高效減水劑就可以配制出高標號混凝土，而且用高效減水劑配制高標號混凝土要比樹脂混凝土和聚合物混凝土經(jīng)濟得多，且施工簡便，沒有污染。

4.混凝土外加劑的使用現(xiàn)狀

目前，我國海港工程混凝土一般采用添加粉煤灰或礦渣粉、減水劑和調凝劑，同時還要根據(jù)海水環(huán)境條件，分別添加引氣劑，阻銹劑，防水劑和膨脹劑等如此多的添加劑成分，不易保證混凝土質量。

工程實踐表明，盡管海港工程混凝土添加了引氣劑，阻銹劑，減水劑等并且達到了海港混凝土技術要求，但是有些海港工程混凝土結構腐蝕現(xiàn)象也非常嚴重，這種現(xiàn)象除了與設計和施工質量外，混凝土早起收縮開裂也是重要原因，這點往往被忽視，所以具有抗裂防滲性能的海港混凝土抗蝕增強劑的推廣應用是非常必要的。

5.海港混凝土抗蝕增強劑的性能

5.1海港混凝土抗蝕增強劑

是一種復合外加劑，適量添加混凝土中，達到《海港工程混凝土混凝土結構防腐蝕技術規(guī)范》中混凝土抗氯離子滲透性要求、滿足《混凝土外加劑應用技術規(guī)范》、《混凝土膨脹劑》中的補償收縮混凝土技術要求，具有優(yōu)異的抗裂防滲性能。有效解決了混凝土因干縮和冷縮產(chǎn)生有害裂縫、氯離子滲透、海水侵蝕等問題，是提高海港工程混凝土結構耐久性的優(yōu)質材料。

5.2CPA的組成大致有

硫鋁酸鹽類膨脹劑——起補償收縮的抗裂作用。

高效引氣劑——起抗凍作用。

高效阻銹劑——起防止鋼筋銹蝕作用。

硅粉或超細磨渣粉——起密實，抗蝕作用。以下，大大降低Cl-的擴散系數(shù)，從而降低海水對混凝土的化學侵蝕。

經(jīng)過大量的試驗研究，CPA內(nèi)摻量為10%左右CPA外觀為灰白粉末，比重2.90。CPA中的MgO＜3%，氯離子含量＜0.03%，堿含量＜0.7%，無有害成分。在P.O.42.5水泥中內(nèi)添加10%CPA，與基準水泥相比，CPA水泥的凝結時間正常，對強度影響不大，7d水中限制膨脹率ε2=3.1×10-4，180d 限制干縮率為1.02×10-4。

5.3 CPA水泥砂漿具有膨脹性能，且干縮率較小，也即具有補償收縮及抗裂性能

混凝土的配合比設計見表1。CPA以8%、10%、12%等量取代水泥和粉煤灰。FDN減水劑摻量為膠凝材料的0.8%，配制C40高性能混凝土。

CPA對混凝土的坍落度影響不大，凝結正常，工作性良好。

隨CPA添加量增加，混凝土早期強度有所降低，但后期強度穩(wěn)定上升。

隨CPA添加量增加，混凝土的限制膨脹率從1.9×10-4提高到3.15×10-4，其膨脹效應比空白混凝土增加 4～6倍，干縮率也下降1～2倍，說明CPA混凝土具有良好的補償收縮功能。　

添加與不添加CPA混凝土的彈性模量基本相同，28d的EC在3.50Gpa左右。

將準15×30mm光面鋼段埋入尺寸為10×10×10cmCPA混凝土中，養(yǎng)護6月和1年后破型，觀察鋼段表面無銹斑痕跡，說明CPA對鋼筋無銹蝕作用。

將10×10×10cm的CPA混凝土塊，經(jīng)28d標準養(yǎng)護后，放入恒溫恒濕碳化箱內(nèi)6個月，取出后用酚酞溶液檢測其表面碳化深度，結果表明CPA混凝土抗碳化性能優(yōu)于普通混凝土。

5.4特性

經(jīng)過各種試驗和實踐表明：

具有較高的不透水性、優(yōu)異的抗氯離子滲透性及抗硫酸鹽腐蝕能力。

低堿、低摻。

不影響凝結時間，對強度影響不大，具有微膨脹性能，后期收縮較小，即具有補償收縮及抗裂性能。

膨脹期短，水中14天后，不再有明顯膨脹，對混凝土后期強度增長有利。

6.結束語

港口工程如碼頭、船塢和跨海大橋等，海水腐蝕對其混凝土結構破壞是非常普遍和嚴重的，國內(nèi)外對混凝土結構的耐久性，延長構筑物的安全使用期已越來越重視，國家對提高重大工程結構耐久性的資金投入也給與相應支持。

海水腐蝕不僅與混凝土的抗?jié)B性有關，混凝土的早期收縮開裂也是重要原因，在海港混凝土添加抗蝕增強劑能有效提高混凝土抗?jié)B性和減少混凝土結構有害裂縫出現(xiàn)，是提高混凝土耐久性非常重要的技術措施，海港混凝土抗蝕增強劑論文聯(lián)盟的推廣應用對提高海港工程混凝土耐久性具有非常重要的現(xiàn)實意義。

【參考文獻】

[1]游寶坤,董同剛.使用海港混凝土抗蝕增強劑，提高沿海建筑結構耐久性[J]．地下工程與隧道，2007．