摘要: 在水工混凝土中掺入合适的外掺物不仅能够改善混凝土的工作性, 而且还能够提高混凝土的耐久性, 增加混凝土的使用寿命, 特别是在有侵蚀、冻融的环境中。文章对掺引气剂、粉煤灰、磷矿渣、聚丙烯纤维混凝土的抗氯离子渗透性、抗冻性指标进行了试验研究, 结果表明: 掺加这些材料可有效提高水工混凝土的耐久性。
关键词: 水工混凝土; 耐久性; 材料研究
中图分类号: TU528.042 文献标识码: A 文章编号: 1006- 8937( 2008) 01- 0055- 03
混凝土耐久性是混凝土抵抗气候变化、化学侵蚀、磨损或其它破坏过程的能力, 主要包括: 抗碳化能力、抗冻性、钢筋锈蚀、抗渗性。水工混凝土由于水的渗入、冲刷、冻融、侵蚀等因素使其工作环境比其它建筑物更为恶劣, 在大坝、溢洪道、导流隧洞等结构中, 不仅要承受正常的使用荷载, 还要承受环境水的各种作用。因此, 提高水工混凝土的耐久性,比保证强度更有意义。水工混凝土的耐久性提高需从使用材料、结构形式、环境条件、施工工艺、保护措施等方面综合考虑, 其主要措施是原材料的优化选择。本文结合水电工程的典型施工配合比, 通过优选混凝土的材料组配, 来研究提高混凝土耐久性的途径。
1 影响水工大体积混凝土耐久性的主要因素
1.1 裂缝
水工混凝土体积大, 在硬化初期易产生大量水化热, 形成温度应力, 而此时混凝土抗拉能力弱导致产生裂缝; 同时大体积混凝土还产生收缩裂缝,引起如渗漏溶蚀、环境水侵蚀、冻融破坏和钢筋锈蚀等病害的发生, 这些病害与裂缝形成恶性循环, 对建筑物的耐久性产生极大危害。
1.2 冻融循环
冻融破坏是混凝土在浸水饱和或潮湿状态下,温度正负交替变化使其内部孔隙水冻结膨胀、融解收缩产生疲劳应力, 导致混凝土由表及里逐渐削蚀的破坏现象。经调查, 我国有22%的大坝和21%的中小型水工建筑物存在冻融破坏问题。
1.3 碳化与钢筋锈蚀
空气中的CO2 和水中的碳酸组分都可能与水泥水化物发生反应, 使之碳化, 产生裂缝, 使CO2 等进入混凝土内部, 加速碳化。碳化使混凝土中性化,导致钢筋失去保护膜而产生锈蚀, 使结构承载力逐渐丧失。
1.4 磨损和气蚀
磨损和气蚀破坏是水工混凝土由于水流冲刷造成的两种破坏形式, 在隧洞、泄洪道等建筑物中,受到高速水流和泥沙的冲刷, 对混凝土产生磨损;同时, 当高速水流在凹凸不平的混凝土表面流过时,产生大量气泡, 气泡爆炸时可产生上千兆帕的冲击力。因此, 受冲刷磨损和气蚀部位的混凝土极易损坏。据调查, 我国大型混凝土坝工程中有近70%存在冲刷磨损和气蚀破坏。
除了以上情况外, 混凝土劣化还与碱集料反应、硫酸盐侵蚀等有关, 但不管是哪种情况, 混凝土耐久性的降低都与膨胀与开裂直接相关, 具体过程见图1。水工大体积混凝土虽然可以采用足够的钢筋来限制混凝土裂缝的宽度, 但钢筋的作用仅能将少量的宽裂缝分散为许多细微裂缝。因此, 控制混凝土的膨胀劣化、表层剥离、体积收缩等以减少混凝土微裂缝的产生发展是提高耐久性的有效手段。
2 提高水工混凝土耐久性的材料设计技术路线
水工混凝土受环境中的水气体及其中所含侵蚀性介质的侵入, 产生各种物理化学反应而逐渐劣化。提高水工混凝土耐久性研究的关键是减少混凝土中对腐蚀性介质易感的组分, 增加混凝土原材料中抗侵蚀能力强的组分, 同时提高混凝土本身的致密性和体积稳定性, 尽可能减少原生裂缝与收缩裂缝。这样, 首先要求配置的混凝土拌合物具备良好的施工和易性, 以保证成型密实, 不会因泌水离析或振捣不足而产生原始缺陷; 其次, 浇筑的大体积混凝土应当有尽量低的温升和降温速率, 以保证不产生温度裂缝。因此, 高耐久性水工混凝土配合比设计的技术路线关键是加入适当的外掺物, 以改善混凝土的整体性能。本次研究就是在水工大体积典型配合比中, 单掺或联掺引气剂、粉煤灰、磷矿渣、聚丙烯纤维等材料, 通过检测不同配比混凝土的抗氯离子渗透性、抗冻、抗渗性, 以此评定各材料对混凝土耐久性的影响。
3 试验成果及分析
3.1 试验原材料
试验原材料包括:
水泥: 湖南韶峰水泥股份公司生产的42.5 普硅水泥。
粉煤灰: 湖南湘潭电厂生产的I 级粉煤灰。
磷矿渣: 贵州遵义白云磷厂产品。
细骨料: 湘江河砂, 细度模数2.83, 级配Ⅱ区。
粗骨料: 5～40 mm 的石灰岩碎石。
减水剂、引气剂: 水电八局外加剂厂生产的TG-2 减水剂和TG- 1 引气剂。
聚丙烯纤维: 江苏丹阳合成纤维厂产品。
3.2 试验方法
3.2.1 混凝土的抗氯离子渗透性能
按美国试验与材料协会的ASTM 标准( C1202—97) 进行, 龄期28 d。具体方法: 用50 mm厚, 直径为100 mm 的水饱和试件, 两端水槽所用溶液分别为3.0%NaCl 和0.3 mol/l 的NaOH, 在60 V的外加电场下, 持续通电6 h 后测定通过试件的总电量, 以此判断混凝土的抗氯离子渗透能力。按照混凝土6 h 通过的总导电量, 把混凝土对氯离子渗透性分成不同等级, 如表l 所示。
3.2.2 混凝土的抗冻、抗渗性能
抗冻、抗渗性试验按照DL/T5150- 2001《水工混凝土试验规程》的“混凝土快冻法试验”和“混凝土抗渗性试验”进行, 冻融循环若超过200 次, 则停止试验, 以相对动弹模量的损失、重量损失率来衡量混凝土抗冻性能的好坏。
3.2.3 混凝土检测配合比
水工大体积混凝土的强度等级大部分集中于C15、C20, 因此本次研究选用0.5 水胶比、以仅掺减水剂的混凝土为基准, 与掺引气剂、粉煤灰、磷矿渣、聚丙烯纤维的混凝土做对比, 研究混凝土的耐久性能, 各配合比及试验成果见表2、表3。
3.2.4 混凝土耐久性试验成果分析
表2、表3 的试验成果显示: ①引气剂的加入使
混凝土的通电量同比降低28.2%, 抗冻循环提高75次以上, 抗渗指标也提高了3 个等级, 表明混凝土的耐久性能明显提高。②粉煤灰在掺入15%时, 相比基准混凝土, 各种耐久性能指标均有下降; 而掺量提高到30%时, 耐久性能又有所提高; 但在粉煤灰中联掺引气剂后, 其通电量降低了9.9%、泌水率降低64%, 抗冻循环提高75 次以上。③磨细磷矿渣相比粉煤灰在混凝土表现出更好的耐久性, 通电量比掺煤灰下降4.7%, 抗冻能力也有所加强, 是一种物优价廉的大体积混凝土掺和料。④聚丙烯纤维在试验混凝土中以每方0.9 kg 的量加入, 试验成果显示其能显著提高混凝土的耐久性能, 相对基准混凝土通电量下降了40.6%, 联掺粉煤灰后性能更优。
3.2.5 试验成果的微观机理分析
在混凝土中加入引气剂后, 其孔隙结构发生了改变, 引气剂产生的细小、均匀、独立而不相通的气泡, 有效地隔断了毛细孔通道, 防止水分渗透; 同时引气剂溶解后在水泥颗粒表面上形成憎水膜, 能降低毛细管的抽吸作用, 最终提高了混凝土抗渗透性能, 进而使混凝土的抗侵蚀能力大大提高, 使用寿命延长。而且引气引入的微小气泡可作为体积膨胀的缓冲空间, 可以缓解和降低混凝土冻结压力, 从而提高混凝土的抗冻性能。
水工建设实践证明,掺引气减水剂可达到防水抗渗及提高抗侵蚀目的, 技术经济效益十分可观。粉煤灰与磷矿渣对大体积混凝土耐久性的提高主要是由于活性作用。粉煤灰的火山灰反应早期是粉煤灰微珠发生溶解反应, 反应生成物沉淀在颗粒的表面上, 形成一层0.5 ～1.0 μm 厚的水解层; 后期钙离子继续通过表层和沉淀的水化产物层向芯部扩散。钙离子通过水解层, 不断侵蚀微珠表面, 而水化产物则不断填实水解层。C- S- H 胶凝与Ca(OH)2 沉淀共同组成“双膜层”, 随水化反应的进展, 双膜层与水泥浆体紧密结合, 从而使水解层的填实程度提高, 导致强度和耐久性随时间逐渐提高。因此, 选择合理掺合料种类对水工大体积混凝土耐久性十分重要, 可大幅度提高混凝土的抗渗性, 减轻氯离子渗透对钢筋的危害, 提高混凝土的抗化学侵蚀性及避免发生碱—骨料发应。
聚丙烯纤维搅拌均匀时可在混凝土内部构成均匀的乱向支撑体系, 在混凝土塑性收缩过程中起到阻裂作用。在混凝土中掺入聚丙烯纤维后, 首先因表层材料中存在纤维, 使其失水面积有所减小,水分迁移较为困难, 从而使毛细管失水收缩形成的毛细管张力有所减少; 其次是聚丙烯纤维在混凝土中的乱向分布, 将收缩能量分散到具有高抗拉强度而弹模相对较低的纤维单丝上, 从而有效地抑制了混凝土微细裂缝的产生和发展; 三是大量纤维形成的支撑体系, 有效地保证了均匀泌水, 阻碍沉降裂缝的产生; 四是相对于混凝土塑性浆体, 聚丙烯纤维的弹性模量相对较高, 依靠纤维材料与水泥浆之间的界面吸附粘结力, 增加了材料抵抗开裂的塑性抗拉强度。
改善通信维护质量、通信服务质量和提高运行维护效率而产生的维护环节上的所有价值增值。其评价内容包含对资源利用状况、费用消耗状况、维护增值状况的评价。资源利用状况的评价是运行维护工作所产生经济效益的评价指标, 通过对设备实装率、电路占用率、仪器仪表使用率等指标的考查, 促进维护工作向充分利用资源能力、不断提高管理水平的方向发展。维护费用消耗状况的评价主要是通过测算维护费用/线、维护费用/业务收入、维护费用/总资产三项归一化指标, 来评估维护费用的支出水平和维护的效益, 从而确定维护费用的合理水平,找出控制费用的措施。维护增值状况的评价通过对设备使用寿命/设计寿命、长途去话接通率、业务收入/ERL、客户特殊需求解决等指标的考核, 推动实现维护环节的价值增值, 提高公司的经济效益。
建设铁通新型高效的维护管理模式, 从具体运作上说, 它是一项系统工程, 是管理方式由粗放管理向集约管理的重要转变, 但从根本上说, 又是生产关系和生产力发展相适应的一次调整。总之, 铁通只有深化维护体制改革, 建立起面向市场的维护模式, 才能缩短与先进电信企业在管理上的差距, 才有可能实现铁通维护管理的现代化。
参考文献:
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