摘要: 在水工混凝土中摻入合適的外摻物不僅能夠改善混凝土的工作性, 而且還能夠提高混凝土的耐久性, 增加混凝土的使用壽命, 特別是在有侵蝕、凍融的環境中。文章對摻引氣劑、粉煤灰、磷礦渣、聚丙烯纖維混凝土的抗氯離子滲透性、抗凍性指標進行了試驗研究, 結果表明: 摻加這些材料可有效提高水工混凝土的耐久性。
關鍵詞: 水工混凝土; 耐久性; 材料研究
中圖分類號: TU528.042 文獻標識碼: A 文章編號: 1006- 8937( 2008) 01- 0055- 03
混凝土耐久性是混凝土抵抗氣候變化、化學侵蝕、磨損或其它破壞過程的能力, 主要包括: 抗碳化能力、抗凍性、鋼筋銹蝕、抗滲性。水工混凝土由于水的滲入、沖刷、凍融、侵蝕等因素使其工作環境比其它建筑物更為惡劣, 在大壩、溢洪道、導流隧洞等結構中, 不僅要承受正常的使用荷載, 還要承受環境水的各種作用。因此, 提高水工混凝土的耐久性,比保證強度更有意義。水工混凝土的耐久性提高需從使用材料、結構形式、環境條件、施工工藝、保護措施等方面綜合考慮, 其主要措施是原材料的優化選擇。本文結合水電工程的典型施工配合比, 通過優選混凝土的材料組配, 來研究提高混凝土耐久性的途徑。
1 影響水工大體積混凝土耐久性的主要因素
1.1 裂縫
水工混凝土體積大, 在硬化初期易產生大量水化熱, 形成溫度應力, 而此時混凝土抗拉能力弱導致產生裂縫; 同時大體積混凝土還產生收縮裂縫,引起如滲漏溶蝕、環境水侵蝕、凍融破壞和鋼筋銹蝕等病害的發生, 這些病害與裂縫形成惡性循環, 對建筑物的耐久性產生極大危害。
1.2 凍融循環
凍融破壞是混凝土在浸水飽和或潮濕狀態下,溫度正負交替變化使其內部孔隙水凍結膨脹、融解收縮產生疲勞應力, 導致混凝土由表及里逐漸削蝕的破壞現象。經調查, 我國有22%的大壩和21%的中小型水工建筑物存在凍融破壞問題。
1.3 碳化與鋼筋銹蝕
空氣中的CO2 和水中的碳酸組分都可能與水泥水化物發生反應, 使之碳化, 產生裂縫, 使CO2 等進入混凝土內部, 加速碳化。碳化使混凝土中性化,導致鋼筋失去保護膜而產生銹蝕, 使結構承載力逐漸喪失。
1.4 磨損和氣蝕
磨損和氣蝕破壞是水工混凝土由于水流沖刷造成的兩種破壞形式, 在隧洞、泄洪道等建筑物中,受到高速水流和泥沙的沖刷, 對混凝土產生磨損;同時, 當高速水流在凹凸不平的混凝土表面流過時,產生大量氣泡, 氣泡爆炸時可產生上千兆帕的沖擊力。因此, 受沖刷磨損和氣蝕部位的混凝土極易損壞。據調查, 我國大型混凝土壩工程中有近70%存在沖刷磨損和氣蝕破壞。
除了以上情況外, 混凝土劣化還與堿集料反應、硫酸鹽侵蝕等有關, 但不管是哪種情況, 混凝土耐久性的降低都與膨脹與開裂直接相關, 具體過程見圖1。水工大體積混凝土雖然可以采用足夠的鋼筋來限制混凝土裂縫的寬度, 但鋼筋的作用僅能將少量的寬裂縫分散為許多細微裂縫。因此, 控制混凝土的膨脹劣化、表層剝離、體積收縮等以減少混凝土微裂縫的產生發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設計技術路線
水工混凝土受環境中的水氣體及其中所含侵蝕性介質的侵入, 產生各種物理化學反應而逐漸劣化。提高水工混凝土耐久性研究的關鍵是減少混凝土中對腐蝕性介質易感的組分, 增加混凝土原材料中抗侵蝕能力強的組分, 同時提高混凝土本身的致密性和體積穩定性, 盡可能減少原生裂縫與收縮裂縫。這樣, 首先要求配置的混凝土拌合物具備良好的施工和易性, 以保證成型密實, 不會因泌水離析或振搗不足而產生原始缺陷; 其次, 澆筑的大體積混凝土應當有盡量低的溫升和降溫速率, 以保證不產生溫度裂縫。因此, 高耐久性水工混凝土配合比設計的技術路線關鍵是加入適當的外摻物, 以改善混凝土的整體性能。本次研究就是在水工大體積典型配合比中, 單摻或聯摻引氣劑、粉煤灰、磷礦渣、聚丙烯纖維等材料, 通過檢測不同配比混凝土的抗氯離子滲透性、抗凍、抗滲性, 以此評定各材料對混凝土耐久性的影響。
3 試驗成果及分析
3.1 試驗原材料
試驗原材料包括:
水泥: 湖南韶峰水泥股份公司生產的42.5 普硅水泥。
粉煤灰: 湖南湘潭電廠生產的I 級粉煤灰。
磷礦渣: 貴州遵義白云磷廠產品。
細骨料: 湘江河砂, 細度模數2.83, 級配Ⅱ區。
粗骨料: 5～40 mm 的石灰巖碎石。
減水劑、引氣劑: 水電八局外加劑廠生產的TG-2 減水劑和TG- 1 引氣劑。
聚丙烯纖維: 江蘇丹陽合成纖維廠產品。
3.2 試驗方法
3.2.1 混凝土的抗氯離子滲透性能
按美國試驗與材料協會的ASTM 標準( C1202—97) 進行, 齡期28 d。具體方法: 用50 mm厚, 直徑為100 mm 的水飽和試件, 兩端水槽所用溶液分別為3.0%NaCl 和0.3 mol/l 的NaOH, 在60 V的外加電場下, 持續通電6 h 后測定通過試件的總電量, 以此判斷混凝土的抗氯離子滲透能力。按照混凝土6 h 通過的總導電量, 把混凝土對氯離子滲透性分成不同等級, 如表l 所示。
3.2.2 混凝土的抗凍、抗滲性能
抗凍、抗滲性試驗按照DL/T5150- 2001《水工混凝土試驗規程》的“混凝土快凍法試驗”和“混凝土抗滲性試驗”進行, 凍融循環若超過200 次, 則停止試驗, 以相對動彈模量的損失、重量損失率來衡量混凝土抗凍性能的好壞。
3.2.3 混凝土檢測配合比
水工大體積混凝土的強度等級大部分集中于C15、C20, 因此本次研究選用0.5 水膠比、以僅摻減水劑的混凝土為基準, 與摻引氣劑、粉煤灰、磷礦渣、聚丙烯纖維的混凝土做對比, 研究混凝土的耐久性能, 各配合比及試驗成果見表2、表3。
3.2.4 混凝土耐久性試驗成果分析
表2、表3 的試驗成果顯示: ①引氣劑的加入使
混凝土的通電量同比降低28.2%, 抗凍循環提高75次以上, 抗滲指標也提高了3 個等級, 表明混凝土的耐久性能明顯提高。②粉煤灰在摻入15%時, 相比基準混凝土, 各種耐久性能指標均有下降; 而摻量提高到30%時, 耐久性能又有所提高; 但在粉煤灰中聯摻引氣劑后, 其通電量降低了9.9%、泌水率降低64%, 抗凍循環提高75 次以上。③磨細磷礦渣相比粉煤灰在混凝土表現出更好的耐久性, 通電量比摻煤灰下降4.7%, 抗凍能力也有所加強, 是一種物優價廉的大體積混凝土摻和料。④聚丙烯纖維在試驗混凝土中以每方0.9 kg 的量加入, 試驗成果顯示其能顯著提高混凝土的耐久性能, 相對基準混凝土通電量下降了40.6%, 聯摻粉煤灰后性能更優。
3.2.5 試驗成果的微觀機理分析
在混凝土中加入引氣劑后, 其孔隙結構發生了改變, 引氣劑產生的細小、均勻、獨立而不相通的氣泡, 有效地隔斷了毛細孔通道, 防止水分滲透; 同時引氣劑溶解后在水泥顆粒表面上形成憎水膜, 能降低毛細管的抽吸作用, 最終提高了混凝土抗滲透性能, 進而使混凝土的抗侵蝕能力大大提高, 使用壽命延長。而且引氣引入的微小氣泡可作為體積膨脹的緩沖空間, 可以緩解和降低混凝土凍結壓力, 從而提高混凝土的抗凍性能。
水工建設實踐證明,摻引氣減水劑可達到防水抗滲及提高抗侵蝕目的, 技術經濟效益十分可觀。粉煤灰與磷礦渣對大體積混凝土耐久性的提高主要是由于活性作用。粉煤灰的火山灰反應早期是粉煤灰微珠發生溶解反應, 反應生成物沉淀在顆粒的表面上, 形成一層0.5 ～1.0 μm 厚的水解層; 后期鈣離子繼續通過表層和沉淀的水化產物層向芯部擴散。鈣離子通過水解層, 不斷侵蝕微珠表面, 而水化產物則不斷填實水解層。C- S- H 膠凝與Ca(OH)2 沉淀共同組成“雙膜層”, 隨水化反應的進展, 雙膜層與水泥漿體緊密結合, 從而使水解層的填實程度提高, 導致強度和耐久性隨時間逐漸提高。因此, 選擇合理摻合料種類對水工大體積混凝土耐久性十分重要, 可大幅度提高混凝土的抗滲性, 減輕氯離子滲透對鋼筋的危害, 提高混凝土的抗化學侵蝕性及避免發生堿—骨料發應。
聚丙烯纖維攪拌均勻時可在混凝土內部構成均勻的亂向支撐體系, 在混凝土塑性收縮過程中起到阻裂作用。在混凝土中摻入聚丙烯纖維后, 首先因表層材料中存在纖維, 使其失水面積有所減小,水分遷移較為困難, 從而使毛細管失水收縮形成的毛細管張力有所減少; 其次是聚丙烯纖維在混凝土中的亂向分布, 將收縮能量分散到具有高抗拉強度而彈模相對較低的纖維單絲上, 從而有效地抑制了混凝土微細裂縫的產生和發展; 三是大量纖維形成的支撐體系, 有效地保證了均勻泌水, 阻礙沉降裂縫的產生; 四是相對于混凝土塑性漿體, 聚丙烯纖維的彈性模量相對較高, 依靠纖維材料與水泥漿之間的界面吸附粘結力, 增加了材料抵抗開裂的塑性抗拉強度。
改善通信維護質量、通信服務質量和提高運行維護效率而產生的維護環節上的所有價值增值。其評價內容包含對資源利用狀況、費用消耗狀況、維護增值狀況的評價。資源利用狀況的評價是運行維護工作所產生經濟效益的評價指標, 通過對設備實裝率、電路占用率、儀器儀表使用率等指標的考查, 促進維護工作向充分利用資源能力、不斷提高管理水平的方向發展。維護費用消耗狀況的評價主要是通過測算維護費用/線、維護費用/業務收入、維護費用/總資產三項歸一化指標, 來評估維護費用的支出水平和維護的效益, 從而確定維護費用的合理水平,找出控制費用的措施。維護增值狀況的評價通過對設備使用壽命/設計壽命、長途去話接通率、業務收入/ERL、客戶特殊需求解決等指標的考核, 推動實現維護環節的價值增值, 提高公司的經濟效益。
建設鐵通新型高效的維護管理模式, 從具體運作上說, 它是一項系統工程, 是管理方式由粗放管理向集約管理的重要轉變, 但從根本上說, 又是生產關系和生產力發展相適應的一次調整。總之, 鐵通只有深化維護體制改革, 建立起面向市場的維護模式, 才能縮短與先進電信企業在管理上的差距, 才有可能實現鐵通維護管理的現代化。
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