不同膠凝材料對(duì)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(kāi)發(fā)和海洋運(yùn)輸?shù)陌l(fā)展，在碼頭、防波堤、跨海大橋、海底隧道以及海洋平臺(tái)等海洋工程結(jié)構(gòu)的應(yīng)用也日益廣泛。對(duì)于處于海洋環(huán)境條件下的混凝土結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，由于無(wú)機(jī)鹽含量高、干濕交替等多種復(fù)雜因素的存在，結(jié)構(gòu)受氯離子的嚴(yán)酷侵蝕，即使混凝土質(zhì)量良好并且保護(hù)層較厚，氯離子通過(guò)保護(hù)層到達(dá)內(nèi)部鋼筋也僅僅是時(shí)間問(wèn)題，所以在海洋環(huán)境下受氯離子侵蝕產(chǎn)生的耐久性問(wèn)題遠(yuǎn)比一般大氣環(huán)境下的混凝土更加嚴(yán)重。

近年來(lái)海工工程的應(yīng)用，由于淡水和河砂不能方便運(yùn)用，促使海砂代替天然河砂的應(yīng)用研究得到發(fā)展，但是普通混凝土中摻入海砂會(huì)引起混凝土鋼筋銹蝕，導(dǎo)致建筑工程的耐久性問(wèn)題。

堿礦渣水泥由于具有硬化快、水化熱低、孔結(jié)構(gòu)優(yōu)良、抗?jié)B性、強(qiáng)度高及抗凍性好、抗化學(xué)侵蝕性能力強(qiáng)等一系列優(yōu)異的物理力學(xué)性能和耐久性能，其應(yīng)用前景十分廣泛，受到國(guó)內(nèi)外專家的廣泛關(guān)注。

本試驗(yàn)研究摻磨細(xì)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?dāng)嚢琛⒚撃：蟮幕炷猎噳K經(jīng)過(guò)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(qiáng)度，為有耐久性要求的鋼筋混凝土提出配合比技術(shù)要求。

1 試驗(yàn)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(mén)長(zhǎng)順石場(chǎng)石子，含泥量0.3%，針狀片狀石子含量7%。

⑶河砂：粗砂和細(xì)砂都來(lái)自于北江，粗砂的細(xì)度模數(shù)是3.1；細(xì)砂的細(xì)度模數(shù)是2.1。

⑷海砂：廣州中山江門(mén)砂場(chǎng)，海砂的細(xì)度模數(shù)是2.4，海砂的氯離子含量是0.214%。

⑸磨細(xì)砂：江門(mén)永裕公司磨細(xì)砂，比表面積約為4100g/cm3。

⑹礦粉：廣州市阜砂鎮(zhèn)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(shù)（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(zhǎng)度質(zhì)量0.31808g/mm；埋入鋼筋長(zhǎng)度在60mm±1mm。

⑻水玻璃：來(lái)源于佛山大瀝化學(xué)試劑有限公司，化學(xué)式Na2O·nSiO2，其中模數(shù)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(xué)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(yàn)方法

2.1 確定混凝土配合比

根據(jù)高強(qiáng)蒸壓混凝土管樁的常用混凝土配合比，制定摻磨細(xì)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(jù)4 個(gè)配方，每個(gè)配方制作3 個(gè)試塊，共12 個(gè)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(yàn)步驟

⑴將各個(gè)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(dǎo)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(jī)攪拌，將攪拌好的混凝土進(jìn)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(dǎo)線的鋼筋，再倒入混凝土磨平后放在振搗機(jī)上振勻。

⑶將裝完模的試塊放置硬化后在上面標(biāo)好標(biāo)記，然后脫模運(yùn)送至高壓釜進(jìn)行一天的養(yǎng)護(hù)（養(yǎng)護(hù)出來(lái)就有28 天強(qiáng)度）。

⑷將準(zhǔn)備好的試塊分成6 組，然后用導(dǎo)線將試塊全部并聯(lián)連接起來(lái)，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(dǎo)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(qiáng)強(qiáng)度試驗(yàn)方法測(cè)量100×100×100 試塊的抗壓強(qiáng)度，測(cè)出強(qiáng)度后壓碎取出鋼筋并且拍照片記錄數(shù)據(jù)。

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(duì)鋼筋進(jìn)行清洗，經(jīng)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(duì)每根鋼筋稱重（精確至0.001g），并計(jì)算鋼筋銹蝕失重率。酸洗鋼筋時(shí)，應(yīng)在洗液中放入兩根尺寸相同的同類無(wú)銹鋼筋作為基準(zhǔn)校正。

鋼筋失重率按以下式計(jì)算：

式中，

產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)域的知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)程度較弱會(huì)導(dǎo)致模仿盛行，進(jìn)而形成“劣幣驅(qū)逐良幣”，創(chuàng)新型企業(yè)就會(huì)逐步失去競(jìng)爭(zhēng)的機(jī)會(huì)。利用中國(guó)各地區(qū)面板數(shù)據(jù)對(duì)知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)水平與產(chǎn)業(yè)集聚之間的關(guān)系進(jìn)行實(shí)證檢驗(yàn)，計(jì)量結(jié)果顯示，對(duì)知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)水平與產(chǎn)業(yè)集聚之間呈現(xiàn)顯著的正向關(guān)系，提高知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)水平有助于促進(jìn)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的集聚。

w——銹蝕鋼筋進(jìn)過(guò)酸洗處理后的質(zhì)量（g）；

w01、w02——分別為基準(zhǔn)校正用的兩根鋼筋的初始質(zhì)量（g）；

w1、w2——分別為基準(zhǔn)校正用的兩根鋼筋酸洗后的質(zhì)量（g）。

注：每組應(yīng)取3 個(gè)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(cè)定值。

3 混凝土抗壓強(qiáng)度對(duì)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(qiáng)度，見(jiàn)表3 和圖1。

由圖1 中M1、M2 對(duì)比K1、K2 曲線可以得到：堿礦渣混凝土的抗壓強(qiáng)度明顯高于摻磨細(xì)砂的混凝土抗壓強(qiáng)度。這是因?yàn)閴A礦渣混凝土中的水化產(chǎn)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(wěn)定水化產(chǎn)物，減少了混凝土因?yàn)榱蛩猁}侵蝕導(dǎo)致的混凝土體積膨脹，從而保證混凝土的強(qiáng)度穩(wěn)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(xì)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(qiáng)度 （單位：MPa）

圖1 4 種配方混凝土抗壓強(qiáng)度

由圖1 中的K1 和K2 曲線對(duì)比可以得到：堿礦渣混凝土無(wú)論是用河砂攪拌，還是用海砂和海水?dāng)嚢瓒伎梢缘玫胶芎脧?qiáng)度數(shù)值，且各個(gè)齡期的強(qiáng)度變化不大。堿礦渣混凝土的水化產(chǎn)物比較穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)密實(shí)，沒(méi)有形成大量的膨脹性產(chǎn)物石膏和硫酸鈉鹽結(jié)晶。

4 鋼筋銹蝕情況對(duì)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(jiàn)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(xì)砂混凝土中的銹蝕率數(shù)值較大，且變化較大；而堿礦渣混凝土中鋼筋銹蝕率數(shù)值較小，且變化也小，說(shuō)明堿礦渣混凝土中使用海砂海水?dāng)嚢鑼?duì)混凝土中鋼筋銹蝕影響較小。對(duì)比28d 齡期，摻磨細(xì)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(shuō)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(fā)原理配置而成，有較高的堿度，同時(shí)堿礦渣混凝土中的水化產(chǎn)物中不含有Ca(OH)2等一些不穩(wěn)定的水化產(chǎn)物，所以得到的混凝土試塊毛細(xì)孔比較低，有較好的抗?jié)B性，溶液中的氯離子被阻隔在鋼筋外面，不會(huì)對(duì)鋼筋表面產(chǎn)生腐蝕，同時(shí)Cl-/OH-的比值遠(yuǎn)低于0.61，使得鋼筋表面的鈍化膜穩(wěn)定存在，有效阻止鋼筋在惡劣的環(huán)境下被銹蝕。堿礦渣混凝土的這些優(yōu)異性能使得其應(yīng)用于海工工程的可能性大大提高。

5 結(jié)論

本試驗(yàn)采用通直流電的方法進(jìn)行測(cè)試，研究不同膠凝材料對(duì)C80 壓蒸混凝土中不同齡期的鋼筋銹蝕程度，以及對(duì)混凝抗壓強(qiáng)度的影響，最終獲得以下結(jié)論：

⑴摻磨細(xì)砂C80 混凝土中的鋼筋隨著時(shí)間的增加，銹蝕率數(shù)值大且變化較大。隨著銹蝕率的增加，硫酸鹽腐蝕導(dǎo)致生成膨脹性物質(zhì)，使得混凝土發(fā)生膨脹開(kāi)裂，抗壓強(qiáng)度下降，進(jìn)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(wěn)定的水化產(chǎn)物，得到的混凝土試塊毛細(xì)孔比較低，有較好的抗?jié)B性，具有很好的抗硫酸鹽腐蝕性、較高的抗壓強(qiáng)度以及能有效的防止鋼筋腐蝕。

⑶在海洋資源的開(kāi)發(fā)和海洋運(yùn)輸?shù)陌l(fā)展建設(shè)過(guò)程中，可以使用堿礦渣混凝土進(jìn)行工程應(yīng)用。