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(huán)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(biāo)進(jìn)行了試驗研究, 結(jié)果表明: 摻加這些材料可有效提高水工混凝土的耐久性。
關(guān)鍵詞: 水工混凝土; 耐久性; 材料研究
中圖分類號: TU528.042 文獻(xiàn)標(biāo)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(xué)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?jié)B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(huán)境比其它建筑物更為惡劣, 在大壩、溢洪道、導(dǎo)流隧洞等結(jié)構(gòu)中, 不僅要承受正常的使用荷載, 還要承受環(huán)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(jié)構(gòu)形式、環(huán)境條件、施工工藝、保護(hù)措施等方面綜合考慮, 其主要措施是原材料的優(yōu)化選擇。本文結(jié)合水電工程的典型施工配合比, 通過優(yōu)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(chǎn)生大量水化熱, 形成溫度應(yīng)力, 而此時混凝土抗拉能力弱導(dǎo)致產(chǎn)生裂縫; 同時大體積混凝土還產(chǎn)生收縮裂縫,引起如滲漏溶蝕、環(huán)境水侵蝕、凍融破壞和鋼筋銹蝕等病害的發(fā)生, 這些病害與裂縫形成惡性循環(huán), 對建筑物的耐久性產(chǎn)生極大危害。
1.2 凍融循環(huán)
凍融破壞是混凝土在浸水飽和或潮濕狀態(tài)下,溫度正負(fù)交替變化使其內(nèi)部孔隙水凍結(jié)膨脹、融解收縮產(chǎn)生疲勞應(yīng)力, 導(dǎo)致混凝土由表及里逐漸削蝕的破壞現(xiàn)象。經(jīng)調(diào)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(fā)生反應(yīng), 使之碳化, 產(chǎn)生裂縫, 使CO2 等進(jìn)入混凝土內(nèi)部, 加速碳化。碳化使混凝土中性化,導(dǎo)致鋼筋失去保護(hù)膜而產(chǎn)生銹蝕, 使結(jié)構(gòu)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(chǎn)生磨損;同時, 當(dāng)高速水流在凹凸不平的混凝土表面流過時,產(chǎn)生大量氣泡, 氣泡爆炸時可產(chǎn)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(jù)調(diào)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(yīng)、硫酸鹽侵蝕等有關(guān), 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(guān), 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(xì)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(chǎn)生發(fā)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(shè)計技術(shù)路線
水工混凝土受環(huán)境中的水氣體及其中所含侵蝕性介質(zhì)的侵入, 產(chǎn)生各種物理化學(xué)反應(yīng)而逐漸劣化。提高水工混凝土耐久性研究的關(guān)鍵是減少混凝土中對腐蝕性介質(zhì)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(wěn)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(chǎn)生原始缺陷; 其次, 澆筑的大體積混凝土應(yīng)當(dāng)有盡量低的溫升和降溫速率, 以保證不產(chǎn)生溫度裂縫。因此, 高耐久性水工混凝土配合比設(shè)計的技術(shù)路線關(guān)鍵是加入適當(dāng)?shù)耐鈸轿? 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(lián)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?jié)B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(chǎn)的42.5 普硅水泥。
粉煤灰: 湖南湘潭電廠生產(chǎn)的I 級粉煤灰。
磷礦渣: 貴州遵義白云磷廠產(chǎn)品。
細(xì)骨料: 湘江河砂, 細(xì)度模數(shù)2.83, 級配Ⅱ區(qū)。
粗骨料: 5～40 mm 的石灰?guī)r碎石。
減水劑、引氣劑: 水電八局外加劑廠生產(chǎn)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(chǎn)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(xié)會的ASTM 標(biāo)準(zhǔn)( C1202—97) 進(jìn)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(xù)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(dǎo)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?jié)B性能
抗凍、抗?jié)B性試驗按照DL/T5150- 2001《水工混凝土試驗規(guī)程》的“混凝土快凍法試驗”和“混凝土抗?jié)B性試驗”進(jìn)行, 凍融循環(huán)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(zhǔn), 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(huán)提高75次以上, 抗?jié)B指標(biāo)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(zhǔn)混凝土, 各種耐久性能指標(biāo)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(lián)摻引氣劑后, 其通電量降低了9.9%、泌水率降低64%, 抗凍循環(huán)提高75 次以上。③磨細(xì)磷礦渣相比粉煤灰在混凝土表現(xiàn)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(yōu)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(zhǔn)混凝土通電量下降了40.6%, 聯(lián)摻粉煤灰后性能更優(yōu)。
3.2.5 試驗成果的微觀機(jī)理分析
在混凝土中加入引氣劑后, 其孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)生了改變, 引氣劑產(chǎn)生的細(xì)小、均勻、獨立而不相通的氣泡, 有效地隔斷了毛細(xì)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(xì)管的抽吸作用, 最終提高了混凝土抗?jié)B透性能, 進(jìn)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(jié)壓力, 從而提高混凝土的抗凍性能。
水工建設(shè)實踐證明,摻引氣減水劑可達(dá)到防水抗?jié)B及提高抗侵蝕目的, 技術(shù)經(jīng)濟(jì)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(yīng)早期是粉煤灰微珠發(fā)生溶解反應(yīng), 反應(yīng)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(xù)通過表層和沉淀的水化產(chǎn)物層向芯部擴(kuò)散。鈣離子通過水解層, 不斷侵蝕微珠表面, 而水化產(chǎn)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(yīng)的進(jìn)展, 雙膜層與水泥漿體緊密結(jié)合, 從而使水解層的填實程度提高, 導(dǎo)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?jié)B性, 減輕氯離子滲透對鋼筋的危害, 提高混凝土的抗化學(xué)侵蝕性及避免發(fā)生堿—骨料發(fā)應(yīng)。
聚丙烯纖維攪拌均勻時可在混凝土內(nèi)部構(gòu)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(xì)管失水收縮形成的毛細(xì)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(xì)裂縫的產(chǎn)生和發(fā)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(chǎn)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(jié)力, 增加了材料抵抗開裂的塑性抗拉強度。
改善通信維護(hù)質(zhì)量、通信服務(wù)質(zhì)量和提高運行維護(hù)效率而產(chǎn)生的維護(hù)環(huán)節(jié)上的所有價值增值。其評價內(nèi)容包含對資源利用狀況、費用消耗狀況、維護(hù)增值狀況的評價。資源利用狀況的評價是運行維護(hù)工作所產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益的評價指標(biāo), 通過對設(shè)備實裝率、電路占用率、儀器儀表使用率等指標(biāo)的考查, 促進(jìn)維護(hù)工作向充分利用資源能力、不斷提高管理水平的方向發(fā)展。維護(hù)費用消耗狀況的評價主要是通過測算維護(hù)費用/線、維護(hù)費用/業(yè)務(wù)收入、維護(hù)費用/總資產(chǎn)三項歸一化指標(biāo), 來評估維護(hù)費用的支出水平和維護(hù)的效益, 從而確定維護(hù)費用的合理水平,找出控制費用的措施。維護(hù)增值狀況的評價通過對設(shè)備使用壽命/設(shè)計壽命、長途去話接通率、業(yè)務(wù)收入/ERL、客戶特殊需求解決等指標(biāo)的考核, 推動實現(xiàn)維護(hù)環(huán)節(jié)的價值增值, 提高公司的經(jīng)濟(jì)效益。
建設(shè)鐵通新型高效的維護(hù)管理模式, 從具體運作上說, 它是一項系統(tǒng)工程, 是管理方式由粗放管理向集約管理的重要轉(zhuǎn)變, 但從根本上說, 又是生產(chǎn)關(guān)系和生產(chǎn)力發(fā)展相適應(yīng)的一次調(diào)整。總之, 鐵通只有深化維護(hù)體制改革, 建立起面向市場的維護(hù)模式, 才能縮短與先進(jìn)電信企業(yè)在管理上的差距, 才有可能實現(xiàn)鐵通維護(hù)管理的現(xiàn)代化。
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