論高強混凝土的抗腐蝕性

【摘 要】強度高、自重輕且具有較好的抗滲性能和抗凍性能是高強混凝土在實際應用中顯現出來的優點，正因如此高強混凝土才得以在高層建筑和大跨度工程上廣泛地應用。那么，在特定的自然環境條件下，高強混凝土是否具有較好的抗腐蝕性能呢？本文通過對普通混凝土和高強混凝土的抗腐蝕性試驗得出了結論，高強混凝土具有優良的抗腐蝕性能。

【關鍵詞】高強混凝土；抗腐蝕性

高強混凝土是設計等級在C50-C80級的混凝土，所謂的高，就是指混凝土的抗壓強度高，一般為普通混凝土的4-6倍；所謂的強，就是指混凝土的抗變形能力強。同時，高強混凝土還具有密度大的特點，所以，其抗滲漏的性能和抗腐蝕的性能也很高。事實上是否如此呢？我們進行了試驗研究。

1 試驗

1.1 原材料選擇

1.1.1 水泥：水泥采用冀東42.5級普通硅酸鹽水泥。

1.1.2 砂：砂采用大同市靈丘縣東河南鎮趙北河的自然河砂（中砂）。

1.1.3 碎石：碎石采用馬頭關石料廠的碎石（玄武巖）。

1.1.4 外加劑：外加劑采用江蘇建筑科學研究院生產的減水劑。

1.1.5 水：水采用自來水。

1.2 配合比設計

為了進行對比分析，我們同時設計了普通混凝土和高強混凝土兩種配合比。

1.2.1 普通混凝土的材料組成為：水泥325kg/msup3;；砂647 kg/msup3;；碎石1150 kg/msup3;；水195 kg/msup3;。

1.2.2 高強混凝土的材料組成為：水泥540kg/msup3;；砂610 kg/msup3;；碎石1134 kg/msup3;；水150 kg/msup3;；減水劑3.9 kg/msup3;；膨脹劑60 kg/msup3;。

1.3 試驗過程

1.3.1 試件制作：

按照1.2的配合比，分別制作6組100mm ×100mm ×100mm試件，自然成型1天后拆模并移入標準養生室進行28d養生。

1.3.2 抗腐蝕性試驗：

分別用自來水和鹽鹵水將經過28d養生后的試件進行浸泡，并在不同時間進行兩種混凝土試件的抗壓強度試驗，根據試件在同齡期的水中和鹽鹵水中浸泡后的抗壓強度的比值求出兩種混凝土的抗腐蝕系數。

2 試驗結果與討論

2.1 不同混凝土在鹽鹵水中的防腐蝕性

從試驗結果看，普通混凝土隨著在鹽鹵水中浸泡時間的增長，其抗壓強度在逐漸降低，浸泡到100d后，其抗腐蝕的系數只有0.30。而高強混凝土的抗腐蝕性能良好，浸泡100d的抗腐蝕系數為0.85-0.90。兩相比較，高強混凝土的抗腐蝕性能是普通混凝土的近3倍。

2.2 普通混凝土抗腐蝕性低的原因分析

從理論上講，普通混凝土的三個特征決定了它抗腐蝕性低的本質。其一是普通混凝土的水化物中的氫氧鈣石和水化鋁酸鈣本身的抗腐蝕性能較弱；其二是普通混凝土的結構呈多孔、松散結構，鹽鹵水極易進入其結構內對其進行腐蝕；其三是普通混凝土界面有大量的Ca(OH)2晶體，界面結構較差，易受鹽鹵水的侵蝕。

2.3 鹽鹵水對普通混凝土的破壞機理：

鹽鹵水中的侵蝕性離子進入混凝土的孔隙中產生一系列的物理化學反響，導致混凝土結構產生膨脹性損壞，其損壞機理如下摘要：混凝土的水泥水化產物氫氧鈣石和水化鋁酸鈣產生了高濃度的南極石CaCl2·6H2O 氫氧化鎂Mg(OH) 2 氯氧化鎂Mg2(OH)3Cl·4H2O 氯鋁酸鈣C3A·Ca Cl2·10H2O 石膏CaSO4·2H2O 復合型腐化，水化硅酸鈣CSH 凝膠產生了鎂離子和堿金屬離子代替鈣離子的含水硅酸鈣鎂CMSH 凝膠堿硅NCSH 凝膠腐化。在腐化過程中，當氫氧化鈣轉變為石膏以及水化鋁酸鈣轉變為水化氯鋁酸鈣C3A·CaCl2·10H2O 時，體積要產生明顯的變更。CMSH 凝膠的形成，使CSH 凝膠喪失了膠凝能力， NCSH 凝膠的生成將導致混凝土的膨脹性損壞。水泥水化產物在鹽鹵水中腐化的成果，必定要造成普通混凝土強度的大幅度降低。

2.4 高強混凝土的抗腐蝕的原因分析

在鹽鹵水的浸泡條件下，高強混凝土由于其密實度較高，在鹽鹵水中則表現出良好的抗腐蝕性能，浸泡80天的抗腐蝕系數均在0.80～0.90 以上。高強混凝土與普通混凝土的最大差別在于孔結構和界面特征不同，前者不僅孔結構細化，而且其界面得到強化，因而侵蝕性離子進入的幾率大大降低。與高強混凝土相比，高性能混凝土由于摻有大量不同粒級范圍的工業廢渣，一方面，這些工業廢渣微顆粒填充于混凝土的各級孔隙中，進一步提高了混凝土的密實度，另一方面，工業廢渣的火山灰活性在水泥水化產物氫氧鈣石等的激發下，形成了大量的CSH 凝膠，極大地減少了混凝土結構中易受腐蝕的水化產物數量，從而使高性能混凝土的抗腐蝕性能進一步提高， 其80d 的抗腐蝕系數高達1.10 。在浸泡時間80d 范圍內，兩種纖維增強高性能混凝土SFRHPC 和PFRHPC 的優越性還沒有體現出來，這可能與鹽鹵水中的侵蝕性離子進入混凝土內部的數量較少，不足以在混凝土內形成較大的結晶膨脹拉應力有關，因為纖維在混凝土中主要起阻裂的作用，只有當纖承受拉應力時，才能發揮應有的效應 。

3 高強混凝土的配制

3.1 配制原則

3.1.1 低水膠比對高性能混凝土很重要，依靠高效減水劑和優質礦物細粉摻合料實現混凝土的低水膠比。

3.1.2 不能過分地提高膠凝材料的用量。膠凝材料過多，不僅成本高，混凝土的體積穩定性也差，同時，對獲得高的強度意義不大。應該通過合理調整粗細骨料用量及砂率控制空隙率，實現較低水膠比下的良好和易性。

3.1.3 在混凝土中應該摻加一定量的引氣劑，使混凝土的含氣量在3-4%。

3.1.4 盡可能使用聚羧酸高性能減水劑，以提高工作性，減少收縮。

3.1.5 高性能混凝土對骨料的顆粒級配和最大粒徑有嚴格的要求?？赏ㄟ^改變加工工藝和混凝土生產工藝，改善骨料的粒形和級配。

3.1.6 通過技術措施，減少水泥用量和混凝土單位體積用水量。

3.2 配制高強混凝土的技術途徑

3.2.1 采用高強度水泥：水泥是混凝土的活性組分，起粘結作用。水泥強度的大小直接影響混凝土的強度。在配合比相同的條件下，所用水泥的強度越高，配制成的混凝土強度也越高。因此，配制高強度混凝土時應選用強度盡可能高的水泥，以保證使用較少的水泥獲得較高的混凝土強度，同時，混凝土的水灰比也不至于太低而過分影響混凝土的和易性。

3.2.2 采用低水灰比：在水泥水化形成水泥石中的孔隙率取決于水灰比，而孔隙率的高低與混凝土的強度有密切的關系。水灰比越小，在硬化混凝土中形成的水泡或多余水分蒸發后形成的孔隙數量就越少，基體的強度就會越高，與骨料的粘結力也越大，混凝土的強度就越高。因此，在條件許可的情況下，應盡可能采用較小的水灰比。

3.2.3 改善水泥的水化過程：由于高強混凝土的水灰比很低，水泥的水化反應速度要比普通混凝土快得多，形成的水化產物沒有足夠的時間向外擴散而集中于水泥顆粒周圍，形成不透水的凝膠體膜層，阻礙了水分向未水化水泥顆粒內部的滲入，從而影響水泥的進一步水化，同時也造成水泥石結構不均勻，影響基體強度和基體與骨料間的粘結強度。所以，適當延緩高強混凝土初期的水泥水化速度，對后期強度的發展是有利的。試驗表明：摻加適量的緩凝劑能調節水泥的水化過程，使水化產物中的晶體分布均勻，發育完善，晶體與凝膠的比例得到改善，水泥石結構密實，從而明顯提高混凝土強度。

3.2.4 摻加高效能表面活性劑：高效能表面活性劑能顯著降低水的表面張力，對水泥顆粒有高度的分散作用，使得水泥顆粒表面的親水性增加，與水接觸的表面積增大。同時也使水分能較容易地滲入水泥顆粒表面的裂隙內，從而使水泥顆粒的水化更充分，強度也會提高。

3.2.5 改善界面過渡區：由于界面過渡區的存在，嚴重影響了基體與骨料之間的粘結力，會降低混凝土的強度。要改善界面過渡區性能，應從兩方面著手：一是合理調整混凝土配合比，提高混凝土的保水性和穩定性，避免或減少泌水現象。二是消除或減少氫氧化鈣在界面過渡區的富集。

3.2.6 提高基體與骨料之間的粘結面積：基體與骨料之間的粘結面積主要取決于骨料的最大粒徑和表面特征。粗骨料的最大粒徑越大，比面越?。辉谧畲罅较嗤臈l件下，表面越粗糙，比面越大。對于高強混凝土，粗骨料尺寸愈大，粘結面積愈小，造成混凝土的不連續性的不良影響也就愈大。尤其對水泥用量多的高強混凝土，影響更為明顯。因此，配制高強混凝土的粗骨料宜選用最大粒徑盡可能小的、表面粗糙的多棱角碎石，有利于提高界面粘結強度。

4 結論

在單一因素或者雙因素作用下，普通混凝土在鹽鹵水中的抗腐蝕性很差，高強混凝土的抗腐蝕性能盡管有較大的提高，但是就其長期耐久性而言，高強混凝土的耐久性并不能盡如人意。