淺談抗CO2中等侵蝕混凝土的研究和應用

中建三局集團有限公司

摘要：針對本工程地下室與水接觸部分混凝土受地下水中CO2中等侵蝕性的情況，采用云南地區的獨特地材，對地下室底板、外墻進行C40P10微膨抗中等侵蝕混凝土進行配合比設計并在本工程中實際投入使用。通過試驗表明采用此配合比可配制出強度等級、抗滲等級、限制膨脹率符合設計要求并具有良好的抗CO2侵蝕的高性能混凝土。

關鍵詞：高性能混凝土；CO2侵蝕；配合比優化；工程應用

一、引言

20實際80年代以來，隨著對高性能混凝土的不斷研究，混凝土制作水平不斷提高，混凝土施工工藝不斷完善，并形成以高強、高耐久性、高工作性為特征的“高性能混凝土（HPC）”新概念。目前云南地區采用常規材料和施工工藝可以生產出抗壓強度達80MPa以上的高強混凝土。但實際工程應用中除了需要滿足強度要求外，往往還要求混凝土具有良好的體積穩定性、抗裂及防鹽類侵蝕功能。

本文針對本工程地下室與水接觸混凝土受地下水CO2侵蝕的情況，對C40P10微膨抗中等侵蝕混凝土配合比進行優化設計并投入實際工程應用，根據試驗結果表明此配合比完全能滿足工程實際需要，可以為工程實際提供參考。

二、工程概況

昆鋼科技大廈工程位于云南省昆明市區一環線內商業中心地帶，建筑用地面積約兩萬平米，總建筑面積148708㎡，地下3層，地上50層，建筑高度219.30m。本工程場地地勢平坦，原始地貌屬于古滇池糊積盆地中部，場地土為盤龍江沖擊地層與古滇池相沉積地層交替沉積地段。

三、場地土、水對建筑材料及金屬的腐蝕性評價

由于場地地下水位埋藏較淺，因此本次勘察不再對場地土、建筑材料及金屬的腐蝕性進行評價。根據勘察在兩個抽水試驗鉆孔48-1、91-1中分層取地下水試樣4件，利用初勘鉆孔12-1取水質分析結果，按環境類型Ⅱ類，地層滲透性A類判定地下水對混凝土具中等腐蝕性，對鋼筋混凝土中的鋼筋無腐蝕性。詳見下表：

地下水對建筑材料腐蝕性評價一覽表

水樣編號含水層位SO42-（mg/L）Mg2+（mg/L）NH4+（mg/L）OH-（mg/L）總礦化度（mg/L）pH值侵蝕CO2（mg/L）HCO3-（mmol/L）CL-（mg/L）

12-1

圓礫④22.517.0無無155.36.473.44.299.3

48-1 2.619.4無無94.96.0428.61.50117.0

91-1 6.418.2無無59.65.9637.41.1067.4

對混凝土結構腐蝕性評價無無無無無弱中等弱

中等侵蝕

對混凝土結構腐蝕性評價////////無

無

48-2

圓礫⑥12.642.5無無76.66.1817.61.80109.9

91-2 26.22.4無無74.75.8270.41.3060.3

對混凝土結構腐蝕性評價無無無無無弱中等弱

中等侵蝕

對鋼筋砼結構中鋼筋腐蝕性評價無無無無無///無

無

水質分析結果表明，場地地下水對混凝土具中等腐蝕性，對鋼筋混凝土中鋼筋不具腐蝕性。

四、設計對混凝土耐久性的要求

1、本工程處于露天環境的結構構件環境類別為二a類，其他室內正常環境結構構件環境類別為一類。本工程與水土直接接觸的結構構件的環境類別的V類（化學腐蝕），環境等級為V-C。

2、本工程結構混凝土應符合下表的規定，其中氯離子含量系指其占水泥用量的百分率。

結構設計對混凝土耐久性的基本要求

環境

類別最大

水膠比最小水泥用量

（kg/ m3）最大氯離子

含量（%）最大堿含量

（kg/ m3）

一0.652251.0-

二a0.602750.23.0

V0.40

預應力構件混凝土的最大氯離子含量為0.06%，最小水泥用量為300kg/m3。

五、技術難點及技術路線

1、技術難點

地質勘查報告說明基礎底板混凝土受地下水侵蝕，表現為中度CO2侵蝕。侵蝕機理：水泥水化的主要成分是水化硅酸鈣CSH凝膠和Ca（OH）2晶體。溶于水中的CO2與混凝土反應是一種侵蝕作用，效果是CO2與Ca（OH）2晶體反應形成CaHCO3被溶析出混凝土結構，使得混凝土密實度降低，耐久性降低。但并非溶于水中的CO2都具有侵蝕性，那些與水中CaHCO3相平衡的CO2不具備侵蝕性，稱作平衡CO2。從混凝土結構耐久性方面考慮，如何設計抗中度侵蝕混凝土配合比，除達到基礎底板混凝土預期力學性能外，還應能達到抗中等侵蝕的作用，滿足耐久性的目的。

2、技術路線

（1）針對該大體積混凝土施工采用多摻技術降低混凝土的水化熱、提高抗侵蝕能力，相關標準規定：

a、根據《混凝土結構耐久性設計規范》GB/T50476-2008、《鐵路混凝土與砌體工程施工規范》TB10210-2001、《混凝土結構設計規范》GB50010-2002、《工業建筑防腐蝕設計規范》GB50046-95、《大體積混凝土施工規范》GB50496-2009之規定：處于中度侵蝕環境下的大體積混凝土的防護措施為：鋼筋混凝土的膠凝材料總量≥330kg/m3，最大水膠比≤0.45，用水量≤175 kg/m3，抗滲等級≥P8，并采取以下措施：1、摻入優質粉煤灰和粒化高爐礦渣，摻量≥20%；2、摻入高效外加劑，以上相關標準規范規定結合設計規定：水膠比≤0.40；摻入優質粉煤灰和粒化高爐礦渣，摻量≥20%；采用優質減水劑。

b、針對以上的施工技術難點，重點從降低混凝土內外溫差，減小收縮，提高抗侵蝕能力入手，采用“多摻技術”——摻礦渣粉、二級粉煤灰、緩凝減水劑、膨脹劑配制高性能混凝土，該技術可以有效減小混凝土的水化熱，從而有效控制混凝土的溫度變形裂縫，并且提高混凝土密實性、降低滲透性，提高抗侵蝕作用，改善泵送混凝土和易性；

①摻礦渣粉置換等量水泥，減少Ca（OH）2晶體含量，提高混凝土密實度，降低侵蝕性，降低部分水化熱，降低混凝土溫升峰值，對混凝土抗裂較為有利；

②摻緩凝減水劑降低拌和用水量，同時延長混凝土的凝結時間，減緩混凝土水化熱釋放速度，推遲混凝土達到最高溫度的時間；既提高泵送混凝土的和易性又可減少收縮；

③摻二級粉煤灰，降低水化熱，減少Ca（OH）2晶體含量，提高混凝土的密實性和抗滲性，提高抗侵蝕能力，同時改善混凝土的和易性和施工泵送性能；

④摻抗裂防水膨脹劑，補償混凝土收縮，避免或減少混凝土的干燥收縮和溫度收縮裂縫，提高抗裂性和抗滲性，提高抗侵蝕能力；

⑤采用較低水膠比，增加混凝土密實度，降低滲透性，增加混凝土抗侵蝕能力。

（2）嚴格控制原材料質量

選用大廠旋窯水泥，重點控制水泥強度和體積安定性化學成分；控制砂、石的含泥量，嚴格控制粗骨料含泥量< 1.0%；細骨料含泥量<3.0%，減少混凝土拌和用水量，減小混凝土的收縮值，提高抗滲性和抗裂性。

（3）對澆筑的混凝土進行溫度監控，加強養護

必須在混凝土表面采取保溫、保濕覆蓋等措施，減緩表面降溫速率。減小混凝土內外溫差，從而減小內部溫度應力；混凝土芯表溫差不超過20℃。

六、混凝土施工配合比設計

1、原材料

（1）水泥：P.O42.5普通硅酸鹽水泥，3d抗壓強度26.5MPa，28d抗壓強度50.8MPa；

（2）礦渣：S75級，比表面積368m2/kg，表觀密度2.95g/cm3，流動度比103%，三氧化硫含量1.52%，28d活性83.1%；

（3）緩凝減水劑：減水率24%左右，凝結時間10～12小時；

（4）粉煤灰：二級粉煤灰，細度19.5%，需水量比100%，燒失量1.12%，三氧化硫含量0.24%；

（5）粗骨料：5～31.5mm公分石，5～16mm瓜子石連續級配，含泥量<1.0%；

（6）山砂（云南地區的特細砂）：細度模數1.2，含泥量<3.0%；

（7）機制砂：細度模數2.7，含泥量<3.0%；

（8）抗裂防水劑（膨脹劑）：水中7d限制膨脹率0.035%，空氣中21d限制膨脹率-0.002%，7d抗壓強度34.0MPa，28d抗壓強度44.8MPa。

2、配合比設計基礎底板混凝土采用56天強度作為質量驗收標準和混凝土配合比設計依據。在施工前進行了混凝土的試配，在滿足工作性和強度的前提下，選用砂率較低、用水量較小、水泥用量較低的配方，從而減小混凝土自身的收縮和水化熱，提高自身抗滲性、耐久性達到抗侵蝕的目的。在考慮滿足快速施工進度的情況下，設計泵送混凝土的坍落度為140±20mm。具體配合比見下表：

表1 C40P10微膨抗中等侵蝕大體積混凝土配合比 單位：kg

膠凝材料總量水水泥礦渣二級粉煤灰砂碎石砂率水膠比緩凝減水劑膨脹劑設計容重

4801753307248671109438.00.362.5%302420

備注：

1、生產過程中，攪拌站根據外加劑對水泥適應性的波動，對外加劑摻量進行適當調整（±0.2%）。

2、碎石要求5～31.5連續級配。

3、混凝土凝結時間10～12小時。

4、設計容重不包含外加劑。

七、混凝土強度、抗滲、耐久性檢測

1、檢測評定依據：

根據《普通混凝土力學性能檢測方法標準》GB/T50081-2002、《混凝土耐久性檢驗評定標準》JGJ/T193-2009、《混凝土結構耐久性設計規范》GB/50204-2008、《混凝土結構工程施工質量驗收規范》GB50204-2002、《地下防水工程質量驗收規范》GB50208-2002、《普通混凝土長期性和耐久性能試驗方法標準》GB-T50082-2009之 規范采用混凝土電通量快速測定方法對本項目C40P10微膨抗中等侵蝕混凝土進行耐久性檢測。

2、試驗檢測

（1）、結構部位：主塔樓基礎底板（3.5m厚）；試件成型日期：2011年6月10日；檢測日期：2011年8月5日，養護齡期56天。

（2）、與試件相關的技術條件

混凝

土種類強度等級水泥

品種等級骨料

種類水膠比養護

方法養護溫度

（℃）

普通混凝土C40P10微膨抗中等侵蝕P.O42.5普通骨料0.36標準養護21

（2）、混凝土強度與抗滲檢測

①、混凝土強度檢測

成型

日期試驗

日期部位齡期（天）設計強度

等級承壓

面積破壞

荷載抗壓強度（MPa）

單塊值代表值

2011-6-102011-8-5基礎

底板56C40

P10225001041.846.347.3

225001121.549.8

225001027.945.7

②、混凝土抗滲檢測

試件

編號設計強度等級取樣

部位制作日期試驗日期齡期編號總荷重滲透情況結論

P610-1C40P10微膨抗中等侵蝕基礎底板2011-6-102011-8-556①1.28合格

②1.29

③1.210

④1.26

⑤1.29

⑥1.27

（3）、混凝土耐久性檢測

①、試件描述

芯樣來源及編號試件截取位置試件尺寸（mm）有無鋼筋有無覆蓋層及其厚度

現場取樣P610-1中間部分100×50無無

現場取樣P610-2中間部分100×50無無

②、實驗過程中通過的電量

試件序號制作日期齡期（d）通過電量值QX（C）

單塊值代表值

P610-12011-6-1056992.7924.9

P610-1 908.4

P610-1 873.5

P610-22011-6-10561046.2959.7

P610-2 888.6

P610-2 944.4

③試驗檢測結論：試驗結果符合《普通混凝土長期性和耐久性能試驗方法標準》GB-T50082-2009標準，能滿足本工程對混凝土的要求。

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部建筑面積。（如右圖）

2）建筑外側確因結構需要（如建筑主體間有效連接寬度≤1/2建筑主體寬度時）設置與室內不相通的寬度不大于2.0米的結構連接板時，其內側與陽臺間形成的一邊凈空尺度大于2.40米，另一邊凈空尺度不小于1.20米的無蓋上空空間可視為天井。（如右圖）

對于形成天井的結構連板根據與測繪大隊咨詢后總結如下：

（a）連接板寬度≤ 0.6米時，天井最小尺寸為1.2x1.2米

（b）連接板寬度>0.6且<2.0 米時，天井最小尺寸為1.2x2.4米

（c）連接板寬度>2.0米時，天井最小尺寸為2.4x2.4米如果不滿足以上規定，那么陽臺就要計算全部建筑面積。

四、結束語

以上是我在做深圳嘉御豪園項目的過程中，對建筑面積統計計算總結出來的一些相關問題，希望對設計人員在計算建筑面積的過程中有所幫助，避免在施工圖設計后期發現面積超標或不足，引起不必要的調整。當然以上內容僅供參考，隨著國家規范對建筑面積的不斷更新，應以國家規定及各地相關面積計算規定為準。