濱海火電廠砼結(jié)構(gòu)防腐配合比設(shè)計(jì)思路

劉清瑞

【摘要】濱海火電廠砼結(jié)構(gòu)受海水侵蝕，結(jié)構(gòu)耐久性、穩(wěn)定性受到很大影響。本文從印尼明古魯2×100MW燃煤電站砼配合比設(shè)計(jì)入手，研究如何提高砼自身的抗腐蝕能力，保證結(jié)構(gòu)安全和使用年限。

【關(guān)鍵詞】濱海砼結(jié)構(gòu) 防腐配合比 設(shè)計(jì)思路

1工程概況

印尼明古魯2×100MW燃煤電站位于蘇門答臘島明古魯市東南方向15km。本廠建構(gòu)筑物地下為鋼筋混凝土基礎(chǔ)，地上為鋼結(jié)構(gòu)。

地質(zhì)勘測(cè)顯示廠區(qū)地下水主要為孔隙潛水，水量豐富，雨季地下水埋深0～1.2m;廠區(qū)東西兩面鄰海，距印度洋200m，上部地層為粉細(xì)砂層，地下水與海水貫通。

研究表明在海水或類海水的環(huán)境下，主要由SO42-、Cl-對(duì)砼造成侵蝕。SO42-進(jìn)入砼內(nèi)部，與水泥固相發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成難溶的礦物鹽類，然后吸收大量的水，體積膨脹破壞混凝土;Cl-通過擴(kuò)散、毛細(xì)管、滲透等方式進(jìn)入混凝土內(nèi)部達(dá)到鋼筋表面，造成鋼筋銹蝕。

Mehta在1991年“第二屆混凝土耐久性國(guó)際學(xué)術(shù)會(huì)”指出：鋼筋腐蝕是砼結(jié)構(gòu)耐久性降低甚至破壞的首要原因。

本廠的取水泵房和箱涵、碼頭處于海水直接腐蝕環(huán)境中，其他建構(gòu)筑物地下基礎(chǔ)也在近似海水的土體中。

水質(zhì)報(bào)告顯示Cl-含量為17649.92 mg/L，SO42-含量為2778.17mg/L，根據(jù)巖土規(guī)范[[]《巖土工程勘察規(guī)范》GB50021-2001（2009年版）]“表12.2.1按環(huán)境類型水和土對(duì)混凝土腐蝕性評(píng)價(jià)”，廠址環(huán)境類型屬Ⅱ類，干濕交替環(huán)境有強(qiáng)腐蝕性。根據(jù)混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)規(guī)范[[]《混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)規(guī)范》GBT50476-2008 ] “表 6.2.1海洋氯化物環(huán)境的作用等級(jí)”，該廠址環(huán)境等級(jí)等同于III-C類;根據(jù)第6.1.1條規(guī)定“氯化物環(huán)境中配筋混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性設(shè)計(jì)，應(yīng)控制氯離子引起的鋼筋銹蝕”。

2.配合比設(shè)計(jì)

2.1相關(guān)文獻(xiàn)成果

砼腐蝕過程中，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)均經(jīng)歷一個(gè)先由于腐蝕產(chǎn)物的填充作用而逐漸密實(shí)再過渡到由于腐蝕產(chǎn)物繼續(xù)產(chǎn)生和膨脹，使密實(shí)度逐漸降低，最后發(fā)展為結(jié)構(gòu)破壞的過程[[]? 李樹忱，張峰，祝金鵬.海水侵蝕環(huán)境下混凝土力學(xué)性能劣化試驗(yàn)[J].公路交通科技，200912，第26卷12期：38]。

摻加礦粉等摻合料的混凝土耐受硫酸鹽、鹽酸、宏觀腐蝕能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于普通混凝土[[]蔡良才，付亞偉，吳永根，等.無機(jī)聚合物混凝土的腐蝕耐久性能研究[J]. 混凝土，2011，256（2）：38.]。

礦渣粉的摻量百分比對(duì)砼抗氯離子滲透性的改善效果最為顯著，還對(duì)砼的工作性能、強(qiáng)度和抗?jié)B透性的綜合性能影響顯著。氯離子侵入砼內(nèi)部引起鋼筋銹蝕膨脹，結(jié)構(gòu)產(chǎn)生微裂紋，為更多地侵蝕介質(zhì)提供滲透通道，是導(dǎo)致砼結(jié)構(gòu)耐久性失敗的關(guān)鍵原因之一[[]占寶劍，水中和，徐金.海水寢室環(huán)境下混凝土配合比的優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].第七屆全國(guó)混凝土耐久性學(xué)術(shù)交流會(huì)論文集，2008：260]。

普通混凝土摻入粉煤灰、高爐礦渣等摻料，來提高混凝土在特定條件下所需要的特定性能，……低水灰比、高效減水劑以及高性能摻和料的使用，使得混凝土密實(shí)度相對(duì)提高以及水泥顆粒的解聚和粒徑范圍的擴(kuò)大所獲得的良好的微觀結(jié)構(gòu)[[]王東暉.《杭州灣大橋混凝土結(jié)構(gòu)防腐方案構(gòu)思》.鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2003 （5）]。

膠砂強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果表明，摻加礦物摻合料的膠材體系早期和后期膠砂強(qiáng)度均表現(xiàn)出比純水泥膠砂體系無可比擬的優(yōu)越性[[]聶法智，王天柱，李麗霞.混凝土后期強(qiáng)度評(píng)定的研究及應(yīng)用[J].粉煤灰綜合利用，2008（1）：40-42.]。

2.2配合比設(shè)計(jì)思路

砼的抗腐蝕能力有兩方面：砼內(nèi)部致密，無裂縫、麻面、孔洞等缺陷，不給海水滲入侵蝕的“可乘之路”;再就是給砼外面穿“防護(hù)服”，從外部阻斷海水侵蝕混凝土。

根據(jù)廠址所處環(huán)境和上述文獻(xiàn)的成果，本文從提高砼自身抗腐蝕性能入手，探討配合比設(shè)計(jì)思路。

砼配合比狹義上是指確定砼中各原材料的用量，以獲得特定性能砼的過程。廣義上講，綜合考慮建筑物結(jié)構(gòu)、原材料性能、施工工藝等因素，結(jié)合砼拌合物的性能，將配合比指標(biāo)從抗壓強(qiáng)度為主轉(zhuǎn)變?yōu)槟途眯詾橹鳎ㄟ^礦物摻合料和外加劑的應(yīng)用，提高砼的性能要求。

首先添加抗硫酸鹽外加劑、礦粉。該種材料可以和海水中腐蝕砼的物質(zhì)結(jié)合，形成不溶性鹽類或者螯合物。還能擴(kuò)散到砼內(nèi)部加強(qiáng)其致密性，阻止有害物質(zhì)滲透到砼內(nèi)部，提高防腐性能。另外，摻入具有活性的礦粉，減少水泥用量，能有效降低水化熱、防止溫度裂縫。

其次找到最佳水膠比。降低水膠比和塌落度、增加和易性都能增強(qiáng)砼的內(nèi)部致密性。低塌落度還能減少塑性變化產(chǎn)生裂縫的幾率。

第三根據(jù)上部結(jié)構(gòu)施工計(jì)劃，充分利用60天強(qiáng)度。

2.3材料選擇

選用材料：印尼產(chǎn)OPCⅡ型水泥、S95級(jí)礦渣微粉;當(dāng)?shù)靥烊缓由啊⒙咽扑榈模?/2）和（2/3）2種碎石;山西華凱偉業(yè)HK-JS-1型高性能緩凝減水劑、HK-FH型抗硫酸鹽防侵蝕減水劑。

2.4配合比計(jì)算和試配

根據(jù)《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程[[]《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程 》JGJ55-2011] 》JGJ55-2011，進(jìn)行配合比計(jì)算與試配。

1）對(duì)于環(huán)境等級(jí)III-C類砼最大水膠比（W/B）max=0.45，每個(gè)等級(jí)砼配合比采用3個(gè)水膠比，差值為0.05。

2）膠材用量按式計(jì)算： mb0=mw0/（W/B）。

其中：mb0為每立方砼中膠凝材料用量（kg/m3）

mw0為每立方砼用水量（kg/m3）

3） 粗骨料最大粒徑25mm，減水劑為膠凝材料用量的1.8%和1.7%。

4）根據(jù)骨料的技術(shù)指標(biāo)、砼拌合物性能要求，根據(jù)施工和易性確定砼砂率βs值。

5）根據(jù)質(zhì)量法計(jì)算粗細(xì)骨料的用量，砼假定容重為2380kg/m3。

如表1、表2所示，通過摻加礦粉、防腐減水劑，利用60d強(qiáng)度等手段，水膠比為0.39，提高了砼的抗氯離子滲透性和抗腐蝕性能。

經(jīng)反復(fù)試驗(yàn)，碼頭C40P8設(shè)計(jì)配合比為：

3結(jié)論

本文參照相關(guān)研究文獻(xiàn)，論述了配合比設(shè)計(jì)思路對(duì)砼自身抗腐蝕性能的重要性。

采用60d強(qiáng)度，施工配合比的水泥用量比計(jì)算量減少70kg/m3，砼水化熱得到有效控制，減少了溫度裂縫出現(xiàn)的幾率。為今后濱海砼結(jié)構(gòu)防腐提供了思路和案例。

砼防腐效果仍需長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)，以驗(yàn)證實(shí)際防腐效果。