炎熱鄰海地區地下混凝土防腐及耐久性能研究

陸繼鴻 張鳳舉 左 骕 王 坤 曾 巍

中建三局第二建設工程有限責任公司 湖北 武漢 430074

混凝土結構耐久性一直是工程領域的關注點，由于設計或施工不當引起的耐久性不足將會對結構后期使用性能產生極大影響（如大面積混凝土開裂，剝蝕等現象），由此而產生高昂的維修或重建費用。

目前，工程界對于混凝土腐蝕機理的研究已經比較深入，主要包括氯鹽腐蝕和碳化腐蝕[1]，其對于混凝土材料和構件的耐久性影響極大。基于混凝土的腐蝕機理，從結構設計和施工的源頭提高混凝土自身的防腐性能以及采取適當的補充防腐措施，將極大地提高整個結構后期的耐久性能。

1 工程特點

迪拜哈斯彥4×600 MW潔凈燃煤電站項目廠址為海灘，距離海邊極近，地貌上屬灘涂地貌，基本無植被生長，呈荒漠沙灘景觀。受限于地質情況，項目大部分設備及廠房結構均采用筏板基礎形式或大體積的獨立基礎。

1.1 氣候炎熱

迪拜夏季最高氣溫有時會達到50 ℃，盡管完全不下雨，但是經常會觀測到100%的濕度，高溫多濕；且迪拜高溫時段長，項目所在地為沙土地質，晝夜溫差大。

哈斯彥電站構筑物設計基礎截面較大，存在大量筏板基礎，高度在2～3 m，屬于大體積混凝土。在迪拜如此炎熱的氣候條件下，大體積混凝土的溫度控制將是施工重點。

1.2 鄰海，地下水腐蝕性高

哈斯彥電站鄰近海邊，地下水成分接近海水，呈強堿性，pH高達12.1，腐蝕性強。電站大多數構筑物基礎均在地下水位以下，強堿性地下水會加重混凝土的堿-骨料反應，降低混凝土的耐久性，防腐設計和施工要求高。

2 混凝土配合比及原材料選擇

哈斯彥電站采用英美標準設計，執行過程中兼顧當地規范及習慣做法。當地預拌混凝土市場成熟，混凝土主要原材料均遵循英標或歐標進行試驗評定。

在本項目高溫、高腐蝕性的條件下，對混凝土要求低水化熱、高耐久性。原材料主要考慮水泥種類、骨料及外加劑的選擇，配合比設計按照低水灰比和低用水量雙控進行設計。

2.1 水泥及水灰比

按照美標ASTM或英標BS的硅酸鹽水泥（OPC）一般早期強度較高，水化熱較大，不適于大體積混凝土，尤其是迪拜的炎熱氣候環境。

使用抗硫酸鹽水泥可以顯著提高混凝土的耐久性，尤其是在海水等高腐蝕性的環境中。但是由于抗硫酸鹽水泥生產過程中在高溫氧化條件下生成的硫氧化物對環境污染較大，阿聯酋綠色建筑法規限制了抗硫酸鹽水泥的使用。

通過咨詢當地混凝土供應商以及與業主及當地咨詢公司的溝通，考慮通過摻加礦物摻合料（礦粉、粉煤灰、粒化高爐礦渣粉）的方式來提高混凝土的抗腐蝕性能，通過對比，粒化高爐礦渣粉為最優選擇。

粒化高爐礦渣粉（又稱礦渣微粉）是優質的混凝土摻合料和水泥混合材，是當今世界公認的配制高耐久性混凝土結構的首選混合材料之一，具有如下特點：粒化高爐礦渣粉可替代部分水泥配制混凝土，節約水泥用量，降低混凝土生產成本；低水化熱有利于防止大體積混凝土內外溫差過大；硬化后的混凝土具有良好的抗硫酸鹽腐蝕性，降低和抑制氯離子擴散性能，可有效抑制堿集料反應，提高混凝土的耐久性；可以優化混凝土的孔結構，提高抗滲性能；礦渣粉的細度小于水泥的細度，對混凝土拌和物的和易性有明顯改善；阿聯酋市場有足夠產量支撐。

已有的研究結果表明，通過降低混凝土的水灰比，可以提高混凝土的密實性，相應地提高了混凝土的力學性能及耐久性能[2]，同時低水灰比還可以有效降低水化熱，是防止炎熱氣候條件下混凝土施工時出現溫度裂縫的重要控制因素，因此阿聯酋建筑行業針對該地區的氣候條件，在相關規范中對水化熱也有較為詳細的規定。

綜上，迪拜哈斯彥電站項目從最大化降低水化熱及保證強度和耐久性出發，通過比選，膠結材料比例選定為34%硅酸鹽水泥＋66%粒化高爐礦渣粉，水灰比控制在0.35左右，每立方米混凝土用水量140～150 kg，坍落度控制在（150±25 ）mm。

2.2 骨料

粗骨料的最大粒徑對混凝土的強度及和易性有明顯的影響，尤其對低水灰比的混凝土，最佳粒徑一般在16～20 mm。本工程在低水灰比的條件下，選用骨料最大粒徑不超過20 mm。同時，骨料中的堿含量是影響后期混凝土耐久性的重要因素之一，預拌混凝土在原材進場時必須進行堿含量的取樣檢測，嚴格控制其堿含量，滿足限值要求方可使用。

此外，骨料的溫度是影響混凝土溫度的主要因素之一。對其溫度控制主要是對骨料堆場進行遮陽，同時在拌和前用冷水對骨料進行降溫。

2.3 外加劑

在迪拜炎熱氣候條件下，本項目從降低水泥用量、降低混凝土的水化熱及加強耐久性的角度出發，選取添加了減水劑和防水劑。

選取的減水劑為特別針對炎熱氣候條件設計的種類，適于與粒化高爐礦渣粉混用，能顯著降低水灰比并延長混凝土和易性時長。

同時，防水劑通過疏水效應和降低混凝土毛細管孔隙度，可提高混凝土的密實性，提高混凝土強度、抗滲性和抗化學腐蝕性，從而提高混凝土的耐久性。

3 混凝土工程施工要點

3.1 混凝土澆筑溫度控制

炎熱氣候條件下，溫度控制是主要考慮因素，尤其對大體積混凝土，需嚴控入模溫度，主要采用的控制措施為：

1）拌和原材料控溫：水的溫度對混凝土溫度影響很大，攪拌站拌和時采用冰水，同時對骨料在拌和前也進行冰水降溫處理。

2）規劃罐車運輸：避開一天中最熱的時間段，同時對罐車行駛路線上的交通狀況進行觀察分析，盡量避開在交通擁堵時段進行運輸，混凝土罐車上口覆蓋保溫材料以降低運輸過程中混凝土的升溫。

3）合理澆筑：對于大體積混凝土的澆筑，首先要進行合理的分塊，安排合理的澆筑順序；同時混凝土采用分層澆筑，減小澆筑厚度，利用澆筑層面散熱，避免過大的高差和側面長期暴露。

3.2 混凝土的養護

混凝土養護是保證混凝土質量的關鍵工序，特別是對大體積混凝土，主要包含保濕和降溫兩個方面[3-4]。

1）防止出現水分蒸發而干燥，進而發展成深層裂縫。炎熱氣候條件下，澆筑完成后須立即用保溫材料進行覆蓋，并灑水保濕。常見做法有，濕麻布＋塑料薄膜進行嚴密覆蓋。

2）為控制內外溫差，避免不均勻發展造成拉伸裂縫。在已有的保濕措施基礎上，可采用厚5～10 cm的泡沫保溫板覆蓋基礎側面及頂面，要求更高的，可設置混凝土內循環水降溫系統。

3.3 大體積筏板基礎溫控實例

哈斯彥電站項目一典型筏板基礎，平面尺寸53 m× 38 m，厚度2.0 m，澆筑完成之后灑水養護，因前期通過混凝土配合比優化已大幅度降低了水化熱，故不再設置降溫措施，保溫措施為濕麻袋＋保溫板＋塑料薄膜，設置熱電偶測溫計監測養護過程中混凝土內外溫差。

基礎溫度監測結果顯示保溫措施效果良好，混凝土內部溫度未隨外界溫度變化，內外溫差控制在25 K以內，絕對升溫未超過70 ℃，混凝土表面未出現任何溫度裂縫。

3.4 混凝土基礎外防腐措施

除從混凝土原材料及配合比等混凝土自身內部因素出發提高其防腐及耐久性外，在施工過程中還可以在混凝

土澆筑養護完成后，在其外表面涂刷防護涂料，防止侵蝕介質進入混凝土內部從而起到阻隔作用，達到防腐蝕的 目的。

國內在GB/T 50046—2018《工業建筑防腐設計規范》和GB/T 50224—2018《建筑防腐蝕工程施工及驗收規范》中針對不同的腐蝕介質、不同的腐蝕性等級規定了各種防護材料的選用和要求，在阿聯酋極熱鄰海的氣候條件下，其基礎外防腐涂料一般采用橡膠增強的瀝青乳液，該類產品造價低，施工簡單有效。

迪拜哈斯彥4×600 MW潔凈燃煤電站項目所采取的外防腐措施為：基礎墊層施工之前鋪設厚0.254 mm的塑料薄膜；墊層施工完成后，涂刷雙層瀝青防腐漆，然后進行基礎施工；基礎施工完成之后再對所有基礎的外露表面涂刷雙層瀝青防腐漆；回填之前對所有防腐瀝青表面用塑料薄膜包裹，以防止回填過程中破壞瀝青防腐層。

4 結語

迪拜哈斯彥4×600 MW潔凈燃煤電站項目針對項目所在地獨有的極熱、高腐蝕環境特質，通過混凝土內外防腐相結合，如優化配合比，選取合適的原材料，再配合施工過程中混凝土運輸、養護、溫控等一系列控制措施，確保工程混凝土結構達到預期耐久性能要求，工程實踐驗證達到了預期目的，為炎熱氣候條件、高腐蝕性環境下混凝土工程中原材料控制、配合比優化、現場施工等方面提供了借鑒和指導。

海外工程項目所處地質及氣候環境各異，因而對于混凝土耐久性的要求更高，依賴于國內經驗往往無法達到預期目標，而且海外工程項目中總承包技術合同中一般對混凝土原材料選擇與配合比設計均會有相關標準要求，開展相關工作前應充分與業主及當地咨詢公司溝通。

[1] 林恩亮.鋼筋混凝土基礎的腐蝕機理及防腐措施[J].福建建筑,2009 (7):44-46.

[2] 張慧麗.混凝土原材料選擇與配合比設計[J].文摘版:工程技術, 2015(37):93.

[3] 丁吉臣,郝占龍,郝家欣.礦渣粉對混凝土和易性及強度影響的研究 [J].福建建筑,2009(12):16-17.

[4] 何錦云,李清揚,王繼宗,等.粗骨料粒徑對低水膠比砼強度及和易 性的影響[J].河北建筑科技學院學報(自然科學版),2005,22(2):24- 27.