1、 硫酸盐腐蚀环境下某工程结构耐久性设计摘要介绍了硫酸盐对混凝土的腐蚀原因及掺加粉煤灰后提高混凝土耐腐蚀性能的作用机理，结合某具体工程，给出了硫酸盐腐蚀环境下结构耐久性设计的主要内容、材料选择及施工注意事项。关键词 硫酸盐腐蚀，耐久性设计，粉煤灰混凝土abstract introduces to the concrete sulfate causes of corrosion and fly ash concrete by adding increased corrosion resistance mechanism of action, and combined with a specific
2、 project is given in the sulfate corrosive environment the main content of the durability design, material selection and construction points for attention.keywords sulfate corrosion, durability design, fly ash concrete中图分类号： s611 文献标识码：a 文章编号：1 引言某严寒地区地下工程结构设计使用年限 50 年，筏板基础，现浇钢筋混凝土地下室。构件截面较大，外墙约 0.9
3、 米，顶板 0.6 米，底板 1.0 米，结构埋深 8 米。地下室防水等级为一级，混凝土抗渗等级 p8。地下最高水位室外地坪下约 4 米，地表为盐渍土，局部有硫酸盐富集，周围土壤中富含硫酸钠、硫酸镁等成分。所处环境类别为硫酸盐化学侵蚀环境，地下室周围土中硫酸根含量约22003400mg/kg。本工程处于较严重化学腐蚀环境下，混凝土抗渗要求较高，且为大体积混凝土，应对耐久性设计进行详细考虑。当前防止硫酸盐腐蚀的工程做法及混凝土配比等耐久性设计方案较多，故设计人员与业主、施工单位进行了协商合作，以期确定本地区适用的经济合理的工程方案。2 硫酸盐腐蚀及粉煤灰作用机理硫酸盐对混凝土结构的侵蚀主要分为：
4、化学机制损伤和物理机制损伤。化学机制损伤：硫酸根离子溶液进入混凝土构件，与水泥石中的固态水化铝酸钙进行化学反应生成水化硫铝酸钙晶体。水化硫铝酸钙晶体产生膨胀而引起混凝土结构的破坏。物理机制损伤主要是硫酸盐离子溶液经由混凝土构件中的微孔及裂缝渗入到混凝土构件内部，水分蒸发后溶液过饱和导致析出结晶，此时相应引起结晶应力，应力超过混凝土的抗拉应力后便导致混凝土开裂，引起混凝土表面层剥落。掺加适量的粉煤灰的好处是改善混凝土拌和料的粘聚性和保水性、流动性，同时由于二次水化作用，混凝土的密实度会较大幅度的提高，使水泥石的微观结构向良好方向发展。二次反应的另外一个好处是可大大降低水泥石中易受腐蚀的氢氧化钙含
5、量。因此掺加粉煤灰后有利于提高混凝土的抗渗性、抗硫酸盐腐蚀性。同时由于粉煤灰比表面积较大，吸附离子的能力得到加强，可吸附水泥中的碱离子，与其发生化学反应而消耗其数量。3 硫酸盐腐蚀环境下的耐久性设计根据本工程的使用要求和环境作用类别，混凝土结构耐久性设计主要解决的问题包括：混凝土原材料品质、配合比参数限值以及耐久性指标要求；结构耐久性要求的构造措施（包括钢筋的混凝土保护层厚度） ； 与结构耐久性有关的主要施工控制要求。对于处于严重腐蚀环境中的混凝土结构，除了对结构进行定期常规检测外，还应对结构的环境条件、混凝土的性能以及耐久性状况进行跟踪调查和检测。混凝土的性能包括强度、碳化深度、电通量等。耐
6、久性状况包括混凝土中硫酸盐浓度及侵入深度、混凝土中钢筋锈蚀程度等状况。本工程水泥选用普通硅酸盐水泥，矿物掺和料的品种为一级粉煤灰。粉煤灰的技术要求应满足表 1 规定。表 1 粉煤灰的技术要求序号 项目 技术要求 备注c50 以下混凝土按用于水泥和混凝土中的粉煤灰 （gb/t 1596）检验按水泥原料中氯的化学分析方法 （jc/t420）检验按用于水泥和混凝土中的粉煤灰 （gb/t 1596）检验按水泥化学分析方法 （gb/t176）检验按用于水泥和混凝土中的粉煤灰 （gb/t 1596）检验按水泥化学分析方法 （gb/t176）检验1 细度，% 202 cl-含量，% 不宜大于 0.023 需
7、水量比，% 1054 烧失量，% 5.05 含水率，% 1.0（对干排灰）6 so3 含量，% 37 cao 含量，% 10（对于硫酸盐侵蚀环境）粉煤灰的掺量应根据混凝土的施工环境条件特点、拌和物性能、力学性能以及耐久性要求通过试验确定，并应符合国家标准中粉煤灰应用的有关条文。一般情况下，掺和料掺量不宜小于胶凝材料总量的 20%，混凝土的水胶比不宜大于 0.45。混凝土中宜适量掺加能提高混凝土耐久性能的外加剂，宜选用多功能复合外加剂。配制混凝土的骨料级配应良好，以减小空隙率，利于水胶比降低，保证使用效果。粉煤灰混凝土的抗冻性较普通混凝土有所降低，特别是采用劣质粉煤灰时。严寒地区的混凝土应采用优
8、质粉煤灰，应掺加引气使含气量达到要求的数值。本工程硫酸盐侵蚀环境下混凝土的胶凝材料的组成还应满足表 2的规定，胶凝材料的抗蚀系数应不小于 0.8。表 2 硫酸盐侵蚀环境下混凝土胶凝材料的要求水泥品种 水泥熟料中的 c3a 含量，% 粉煤灰或矿渣粉的掺量，%最小胶凝材料用量，kg/m3普通硅酸盐水泥 8 25 330构造措施方面：本工程地下室外墙采用复合卷材防水层与外界水分进行有效隔离。外墙外部保护层取 50mm。对于局部独立基础等与土壤直接接触的构件，则参照工业建筑物防腐蚀规范的要求，采取在基础外部刷环氧沥青漆 2 遍，以阻止硫酸盐的腐蚀。在易积水的地下室顶板部位，则采用结构找坡 3%，使其顶
9、面具有良好排水条件，防止雨后积水增加对顶板混凝土的腐蚀。基槽回填则改用透水性较小的粘土，也可有效防止硫酸盐对混凝土结构的腐蚀作用。4 施工过程中注意的问题施工前，应根据设计和施工要求开展混凝土配合比试验，并根据施工环境、使用环境条件，制定质量控制与质量保证措施。本工程设计中则明确应进行混凝土试浇筑，验证并完善混凝土的施工工艺。混凝土浇筑完成后，应采取防护措施，保证混凝土在浇筑后 7 天之内不受流动水直接冲刷。新浇钢筋混凝土 4 周内一般不宜与盐渍土等环境直接接触。混凝土拆模后，应采取有效措施继续对混凝土进行保湿养护。掺有粉煤灰掺和料的防渗混凝土结构，应适当延长养护时间至不少于14 天。局部有硫
10、酸盐富集时应局部挖除污染土层换填级配砂石或 c10 混凝土。本工程为大体积混凝土结构。应控制大体积混凝土水化热升温和混凝土结构物内外温差。要优化配合比，采用低热水泥，掺加粉煤灰及外加剂后可提高混凝土的品质，降低水化热。5 结语最终确定的混凝土等级为 c35，选用普通硅酸盐水泥，掺和料主要为粉煤灰，掺加适量引气剂，控制引气率在 35%左右。本工程在施工前做了抗硫酸盐耐腐蚀实验，对混凝土配合比设计进行了验证。本工程的耐久性设计，均为成熟常用的材料和施工方法，并未选用其它额外措施，经济适用性较好，技术可行，为业主取得了较好的经济效益。参考文献：1 刘秉京混凝土结构耐久性设计 m，北京：人民交通出版社，2007资料分享2 混凝土质量专业委员会，高强与高性能混凝土专业委员会钢筋混凝土结构裂缝控制指南m，北京：化学工业出版社，20043 铁道科学研究院 铁路混凝土结构耐久性设计暂行规定 m，北京：中国铁道出版社，2005注：文章内所有公式及图表请以 pdf 形式查看。
