不同膠凝材料對C80 壓蒸混凝土鋼筋銹蝕的影響研究

周展釗

（廣東宏基管樁有限公司）

0 引言

混凝土是用量最大的工程建筑材料，隨著海洋資源的開發和海洋運輸的發展，在碼頭、防波堤、跨海大橋、海底隧道以及海洋平臺等海洋工程結構的應用也日益廣泛。對于處于海洋環境條件下的混凝土結構來說，由于無機鹽含量高、干濕交替等多種復雜因素的存在，結構受氯離子的嚴酷侵蝕，即使混凝土質量良好并且保護層較厚，氯離子通過保護層到達內部鋼筋也僅僅是時間問題，所以在海洋環境下受氯離子侵蝕產生的耐久性問題遠比一般大氣環境下的混凝土更加嚴重。

近年來海工工程的應用，由于淡水和河砂不能方便運用，促使海砂代替天然河砂的應用研究得到發展，但是普通混凝土中摻入海砂會引起混凝土鋼筋銹蝕，導致建筑工程的耐久性問題。

堿礦渣水泥由于具有硬化快、水化熱低、孔結構優良、抗滲性、強度高及抗凍性好、抗化學侵蝕性能力強等一系列優異的物理力學性能和耐久性能，其應用前景十分廣泛，受到國內外專家的廣泛關注。

本試驗研究摻磨細砂粉的C80 管樁混凝土、C80 堿礦渣管樁混凝土，每種混凝土中分別用天然河砂攪拌、用海砂海水攪拌。將脫模后的混凝土試塊經過高壓釜蒸壓，取出后放入溶液中并通電，觀察研究不同齡期的鋼筋銹蝕率、混凝土抗壓強度，為有耐久性要求的鋼筋混凝土提出配合比技術要求。

1 試驗混凝土原材料

⑴水泥：廣州越堡金羊牌P·Ⅱ52.5R 水泥，比表面積約為395Kg/m3。

⑵石子：江門長順石場石子，含泥量0.3%，針狀片狀石子含量7%。

⑶河砂：粗砂和細砂都來自于北江，粗砂的細度模數是3.1；細砂的細度模數是2.1。

⑷海砂：廣州中山江門砂場，海砂的細度模數是2.4，海砂的氯離子含量是0.214%。

⑸磨細砂：江門永裕公司磨細砂，比表面積約為4100g/cm3。

⑹礦粉：廣州市阜砂鎮盈炬豐礦粉廠，其成分含量：SiO2=37.17%，CaO=35.33%，Al2O3=8.87%，MgO=9.43%；堿性系數（M）=0.97＜1，屬于堿性礦渣。

⑺鋼筋：直徑為7.1 的螺旋槽鋼筋，埋入鋼筋單位長度質量0.31808g/mm；埋入鋼筋長度在60mm±1mm。

⑻水玻璃：來源于佛山大瀝化學試劑有限公司，化學式Na2O·nSiO2，其中模數n=2.5，水固比是36%。

⑼聚羧酸減水劑：廣東紅墻材料股份有限公司。

⑽化學試劑：濃度為38%的濃鹽酸、氯化鈉、氯化鎂、硫酸鎂、氯化鈣、氫氧化鈉、GR 磷酸二氫鉀、GR 磷酸二氫鈉、GR 硼砂、重蒸餾水。

2 試驗方法

2.1 確定混凝土配合比

根據高強蒸壓混凝土管樁的常用混凝土配合比，制定摻磨細砂的C80 管樁混凝土、堿礦渣C80 管樁混凝土配方。具體如表1、表2。

根據4 個配方，每個配方制作3 個試塊，共12 個試塊作為一組，一共做6 組。試塊齡期分為7 天、14 天、21天、28 天、35 天和42 天，到齡期后取出鋼筋，觀察和記錄鋼筋的銹蝕情況。

2.2 試驗步驟

⑴將各個配方所需要的原材料稱量好，再將需要的模具用油刷好，剪切好要用的導線并綁扎在60mm±1mm的鋼筋上。

⑵將稱取好各種配料，放入60L 的混凝土攪拌機攪拌，將攪拌好的混凝土進行裝模。裝模方法：先倒入大約2/3 的混凝土于100×100×100 的模具中，然后橫向放入連接有導線的鋼筋，再倒入混凝土磨平后放在振搗機上振勻。

⑶將裝完模的試塊放置硬化后在上面標好標記，然后脫模運送至高壓釜進行一天的養護（養護出來就有28 天強度）。

⑷將準備好的試塊分成6 組，然后用導線將試塊全部并聯連接起來，將配置好的5 倍海水濃度溶液裝入盆中，溶液高度為2/3 的試塊高度，再用電表連接導線通電，電壓控制在10V±0.1V。

⑸將到齡期的混凝土試塊從溶液中取出，然后按照GB/T11837－2009 混凝土抗壓強強度試驗方法測量100×100×100 試塊的抗壓強度，測出強度后壓碎取出鋼筋并且拍照片記錄數據。

⑹將取出的鋼筋上沾附的混凝土去除，用38%的濃鹽酸配置濃度為12%的稀鹽酸對鋼筋進行清洗，經清水漂凈后，再用石灰水中和，最后用清水沖洗干凈。將鋼筋擦干后在空氣中干燥，然后對每根鋼筋稱重（精確至0.001g），并計算鋼筋銹蝕失重率。酸洗鋼筋時，應在洗液中放入兩根尺寸相同的同類無銹鋼筋作為基準校正。

鋼筋失重率按以下式計算：

式中，

產業集聚區域的知識產權保護程度較弱會導致模仿盛行，進而形成“劣幣驅逐良幣”，創新型企業就會逐步失去競爭的機會。利用中國各地區面板數據對知識產權保護水平與產業集聚之間的關系進行實證檢驗，計量結果顯示，對知識產權保護水平與產業集聚之間呈現顯著的正向關系，提高知識產權保護水平有助于促進經濟活動的集聚。

w——銹蝕鋼筋進過酸洗處理后的質量（g）；

w01、w02——分別為基準校正用的兩根鋼筋的初始質量（g）；

w1、w2——分別為基準校正用的兩根鋼筋酸洗后的質量（g）。

注：每組應取3 個混凝土試件中鋼筋銹蝕失重率的平均值桌位改組混凝土試件中鋼筋銹蝕失重率測定值。

3 混凝土抗壓強度對比及分析

不同膠凝材料的鋼筋混凝土7d、14d、21d、28d 和35d 抗壓強度，見表3 和圖1。

由圖1 中M1、M2 對比K1、K2 曲線可以得到：堿礦渣混凝土的抗壓強度明顯高于摻磨細砂的混凝土抗壓強度。這是因為堿礦渣混凝土中的水化產物中不存在Ca(OH)2、2CaO·SiO2·11H2O、(3-4)Ca·Fe2O3·(10～13)H2O 和(1.5～2.0)CaO·SiO2·nH2O 等存在于普通硅酸鹽水泥混凝土中的不穩定水化產物，減少了混凝土因為硫酸鹽侵蝕導致的混凝土體積膨脹，從而保證混凝土的強度穩定。普通硅酸鹽水泥混凝土是由于形成了。

表1 配置45L 摻磨細砂的C80 混凝土的配比 （單位：kg）

表2 配置45L 堿礦渣的C80 混凝土的配比 （單位：kg）

表3 混凝土試塊抗壓強度 （單位：MPa）

圖1 4 種配方混凝土抗壓強度

由圖1 中的K1 和K2 曲線對比可以得到：堿礦渣混凝土無論是用河砂攪拌，還是用海砂和海水攪拌都可以得到很好強度數值，且各個齡期的強度變化不大。堿礦渣混凝土的水化產物比較穩定，結構密實，沒有形成大量的膨脹性產物石膏和硫酸鈉鹽結晶。

4 鋼筋銹蝕情況對比與分析

4 種配方混凝土中鋼筋7d、14d、21d 和28d 的銹蝕影響，見表4 和圖2。

表4 混凝土中鋼筋的銹蝕率

圖2 4 種配方混凝土中鋼筋的銹蝕率

由圖2 分析得，隨著齡期的增加，鋼筋的銹蝕率也在逐漸的增加，鋼筋在摻磨細砂混凝土中的銹蝕率數值較大，且變化較大；而堿礦渣混凝土中鋼筋銹蝕率數值較小，且變化也小，說明堿礦渣混凝土中使用海砂海水攪拌對混凝土中鋼筋銹蝕影響較小。對比28d 齡期，摻磨細砂混凝土中的鋼筋銹蝕率最小值為1.28%，而堿礦渣混凝土中鋼筋銹蝕率的最大值為0.18%，說明堿礦渣混凝土擁有較好的阻銹性。

堿礦渣混凝土采用堿激發原理配置而成，有較高的堿度，同時堿礦渣混凝土中的水化產物中不含有Ca(OH)2等一些不穩定的水化產物，所以得到的混凝土試塊毛細孔比較低，有較好的抗滲性，溶液中的氯離子被阻隔在鋼筋外面，不會對鋼筋表面產生腐蝕，同時Cl-/OH-的比值遠低于0.61，使得鋼筋表面的鈍化膜穩定存在，有效阻止鋼筋在惡劣的環境下被銹蝕。堿礦渣混凝土的這些優異性能使得其應用于海工工程的可能性大大提高。

5 結論

本試驗采用通直流電的方法進行測試，研究不同膠凝材料對C80 壓蒸混凝土中不同齡期的鋼筋銹蝕程度，以及對混凝抗壓強度的影響，最終獲得以下結論：

⑴摻磨細砂C80 混凝土中的鋼筋隨著時間的增加，銹蝕率數值大且變化較大。隨著銹蝕率的增加，硫酸鹽腐蝕導致生成膨脹性物質，使得混凝土發生膨脹開裂，抗壓強度下降，進而加速鋼筋的腐蝕，給混凝土造成破壞。

⑵C80 堿礦渣混凝土中有穩定的水化產物，得到的混凝土試塊毛細孔比較低，有較好的抗滲性，具有很好的抗硫酸鹽腐蝕性、較高的抗壓強度以及能有效的防止鋼筋腐蝕。

⑶在海洋資源的開發和海洋運輸的發展建設過程中，可以使用堿礦渣混凝土進行工程應用。