活性摻合料對(duì)地鐵混凝土雜散電流的抑制作用

1、活性摻合料對(duì)地鐵混凝土雜散電流的抑制作用                        摘要采用磨細(xì)礦渣和粉煤灰等活性摻合料,對(duì)地鐵混凝土抗雜散電流性能進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)研究,結(jié)果表明,摻加活性摻合料使混凝土鋼筋鈍化膜電阻和累積電量得到提高,從而使地鐵混凝土的抗雜散電流能力顯著增強(qiáng)。關(guān)鍵詞摻合料;地鐵;混凝土;雜散電流 0 引言  &

2、#160;   雜散電流,是指由采用直流供電牽引方式的地鐵列車(chē)在地鐵長(zhǎng)期運(yùn)行后其受到污染、滲漏和高地應(yīng)力破壞等原因而泄露到道床及其周?chē)寥乐械碾娏?。它可能使地鐵列車(chē)周?chē)穆竦亟饘俟艿?、通訊電纜外皮以及車(chē)站和隧道主體工程中的鋼筋發(fā)生電化學(xué)腐蝕,由陽(yáng)極反應(yīng)產(chǎn)生的腐蝕產(chǎn)物鐵銹等在鋼筋或鋼管表面沉積形成銹層而產(chǎn)生膨脹,從而導(dǎo)致鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)破壞1。      鐵工程的主體結(jié)構(gòu)為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),在相對(duì)封閉的環(huán)境下,地鐵工程特有的雜散電流對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的腐蝕破壞是影響其耐久壽命和結(jié)構(gòu)安全的重要因素,必須引起足夠的重視2。1地鐵雜散電流

3、的研究進(jìn)展      雜散電流對(duì)埋地金屬管線和混凝土主體結(jié)構(gòu)中鋼筋的腐蝕在本質(zhì)上是電化學(xué)腐蝕,這種腐蝕屬于局部腐蝕,其原理與金屬在大氣條件下或在水溶液及土壤電解質(zhì)中發(fā)生的自然腐蝕一樣,都是具有陽(yáng)極過(guò)程和陰極過(guò)程的氧化還原反應(yīng)。但混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋在高電壓和較大的雜散電流作用下,所發(fā)生的腐蝕與其在電解質(zhì)中自發(fā)進(jìn)行的腐蝕有較大的區(qū)別, 主要表現(xiàn)在鋼筋的腐蝕速率與周?chē)橘|(zhì)的電阻率、混凝土的水膠比等有關(guān),實(shí)際的電化學(xué)當(dāng)量、腐蝕速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于電解質(zhì)溶液中的腐蝕速率3。      來(lái)對(duì)于地鐵雜散電流的研究取得

4、了一些進(jìn)展48,主要研究成果有地鐵雜散電流的形成機(jī)理研究和對(duì)鋼筋混凝土中鋼筋腐蝕的模擬試驗(yàn)研究,初步得出了混凝土雜散電流的電化學(xué)當(dāng)量、腐蝕速率等參數(shù),另外,采用高阻抗混凝土等方法來(lái)抑制雜散電流也取得了一定進(jìn)展,但是,國(guó)內(nèi)對(duì)于地鐵混凝土抗雜散電流研究不夠深入,迫切需要進(jìn)行地鐵混凝土雜散電流形成機(jī)理和抑制方法的系統(tǒng)研究。結(jié)合某地鐵工程混凝土耐久性研究,本文對(duì)活性摻合料對(duì)地鐵雜散電流的抑制作用進(jìn)行了試驗(yàn)分析。2地鐵混凝土抗雜散電流腐蝕耐久性的試驗(yàn)研究2.1試驗(yàn)原材料       水泥:“天寶”·32.5級(jí),堿含量0.49%,28抗

5、壓強(qiáng)度47.9;粉煤灰:南熱級(jí) ,堿含量1.34%,需水量比91.8%;磨細(xì)礦渣:比表面積4202/,堿含量1.34%,需水量比91.8%;砂:宏田江砂,視密度2.68/3,細(xì)度模數(shù)2.64;碎石:泉水碎石,視密度2.70/3,粒徑540;外加劑: 型防滲抗裂劑,減水率22%。2.2地鐵混凝土配合比      設(shè)計(jì)基準(zhǔn)混凝土配合比0,根據(jù)粉煤灰和磨細(xì)礦渣的不同摻量選取單摻粉煤灰的混凝土配合比12,單摻磨細(xì)礦渣的混凝土配合比12,雙摻磨細(xì)礦渣和粉煤灰的混凝土配合比12。該地鐵30泵送混凝土的配合比見(jiàn)表1。2.3  地鐵混凝土抗雜散電流試

6、驗(yàn)結(jié)果分析      按以上配合比成型尺寸為10×10×10的混凝土試件,成型時(shí)在向上一面的中心垂直插入直徑8、長(zhǎng)8的鋼筋,鋼筋的兩端都埋入試件內(nèi),在鋼筋的一端焊有絕緣銅線,絕緣銅線露在試件外的長(zhǎng)度約為25。試件養(yǎng)護(hù)28后在上下面和三個(gè)側(cè)面涂環(huán)氧樹(shù)脂封閉,保留一個(gè)側(cè)面不涂。      模擬地鐵現(xiàn)場(chǎng)的工況,將混凝土試件和電極板放入盛有液體的容器內(nèi),試件的開(kāi)放面與電極板平行,距離1。試驗(yàn)時(shí)接直流電,鋼筋接正極,電極板接負(fù)極,測(cè)量基準(zhǔn)配合比與摻合料配合比在直流條件下的電阻和累積電量

7、。將混凝土試件分部分浸泡于3.5%溶液和飽和()2溶液中,液面距試件頂面保留5距離,進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間通電,直至混凝土試件開(kāi)裂或?qū)Ь€與鋼筋的連接被腐蝕中斷為止。      研究表明9,混凝土試件在液體中導(dǎo)電是離子導(dǎo)電。經(jīng)測(cè)試,混凝土試件在開(kāi)裂前的電流不大于100,功率最大是5,不會(huì)造成很大的溫差,因此通電后溫度上升不是造成混凝土試件脹裂的主要原因,而鋼筋銹蝕體積膨脹則是混凝土試件脹裂破壞的決定因素。本試驗(yàn)研究測(cè)得的直流電阻和累積電量見(jiàn)表2。      從表2可以看出,摻加活性摻合料(單摻粉煤灰、單摻礦渣

8、和雙摻粉煤灰礦渣)的混凝土試件,無(wú)論在3 .5%溶液中還是飽和()2溶液中,其混凝土試件電阻和混凝土試件開(kāi)裂時(shí)的累積電量均得到較大增加。在單摻粉煤灰和單摻礦渣的混凝土試件中,單摻磨細(xì)礦渣的混凝土試件電阻最大,直到其他各組混凝土試件開(kāi)裂,而單摻磨細(xì)礦渣的混凝土試件仍完好無(wú)損,這表明單摻磨細(xì)礦渣對(duì)地鐵混凝土抗雜散電流效果最明顯。                       

9、0;     2.4活性摻合料對(duì)地鐵混凝土雜散電流的抑制機(jī)理      雜散電流對(duì)埋地金屬管線和混凝土主體結(jié)構(gòu)中鋼筋的腐蝕是一種電化學(xué)腐蝕,其發(fā)生的機(jī)理是混凝土中鋼筋鈍化膜由于雜散電流的長(zhǎng)期作用,其鈍化膜電阻顯著下降,使電極電位較低的金屬失去電子被氧化成2+,同時(shí)金屬周?chē)橘|(zhì)中電極電位較高的非金屬+或2得到電子而被還原,形成電池反應(yīng),導(dǎo)致鋼筋產(chǎn)生銹蝕而體積膨脹,其膨脹壓力超過(guò)混凝土極限拉應(yīng)力時(shí)就會(huì)使混凝土結(jié)構(gòu)開(kāi)裂。摻加活性摻合料(磨細(xì)礦渣和粉煤灰)后,其鋼筋鈍化膜電阻得到較大提高,從而使地鐵混凝

10、土的抗雜散電流能力顯著增強(qiáng)10,11。3  結(jié)論      通過(guò)摻加磨細(xì)礦渣和粉煤灰的30混凝土與基準(zhǔn)混凝土的對(duì)比試驗(yàn),可得出以下結(jié)論:      1 要提高混凝土的抗雜散電流能力,抵御鋼筋銹蝕體積膨脹從而提高混凝土的抗裂能力,就需要提高混凝土的阻抗,增加其開(kāi)裂時(shí)的累積電量,因此混凝土電阻就成為衡量混凝土抗雜散電流腐蝕的重要參數(shù)。      2 磨細(xì)礦渣和粉煤灰對(duì)地鐵雜散電流腐蝕有明顯的抑制作用。在本次試驗(yàn)中,混凝土中摻加56%65%的

11、磨細(xì)礦渣和粉煤灰可比同水膠比基準(zhǔn)混凝土的電阻增大1 4倍4 7倍,其中摻加磨細(xì)礦渣的2混凝土試件電阻為基準(zhǔn)混凝土試件0的4 7倍,能大大降低雜散電流,減小電化學(xué)腐蝕的速率。      3 地鐵工程所采用的水膠比0 38的30泵送混凝土是一種“長(zhǎng)壽”混凝土12,優(yōu)化其礦渣微粉、粉煤灰的摻量,可使混凝土抗地鐵雜散電流腐蝕能力比同水膠比基準(zhǔn)混凝土提高6倍8倍。      4 由雜散電流腐蝕導(dǎo)致的混凝土開(kāi)裂,主要原因不是電流導(dǎo)致發(fā)熱造成的溫度差,混凝土開(kāi)裂的主要原因是鋼筋腐蝕產(chǎn)物膨脹。混凝土開(kāi)裂與雜散電

12、流的累積電量有關(guān),在本次試驗(yàn)中,摻加活性摻合料的混凝土試件開(kāi)裂時(shí)的腐蝕電量在2856952范圍以內(nèi),均比同水膠比的基準(zhǔn)混凝土試件0開(kāi)裂時(shí)的累積電量增加1.1倍2.0倍。      地鐵工程所外泄的雜散電流具有不均勻性,間斷性,以及地鐵設(shè)備質(zhì)量的不穩(wěn)定性,因此該地鐵工程采用的抗雜散電流腐蝕性強(qiáng)的雙摻(磨細(xì)礦渣和粉煤灰)技術(shù),以及選用了經(jīng)理論和試驗(yàn)證實(shí)的“長(zhǎng)壽混凝土”(水膠比0.38)這兩項(xiàng)材料措施,結(jié)合地鐵雜散電流的防護(hù)技術(shù)等工藝措施,提高混凝土阻抗和耐腐蝕累積電量,可極大提高該地鐵工程的鋼筋混凝土抗雜散電流的耐久性。 參考文獻(xiàn)1藺安林

13、,周曉軍.地鐵迷流對(duì)混凝土中鋼筋的腐蝕及混凝土強(qiáng)度影響的試驗(yàn)研究.世界隧道,1999,(6):1-7.2賀鴻珠,史美倫.粉煤灰對(duì)地鐵雜散電流的抑制作用.混凝土與水泥制品,2001,(1):21-23.3高敬宇,易友祥.地鐵雜散電流的分析.天津理工學(xué)院學(xué)報(bào),1996,12(3):52-55.4陳志源,劉國(guó)飛.混凝土中摻加粉煤灰對(duì)地鐵雜散電流的抑制.科學(xué)研究,1999,(3):24-255林江,唐華.地鐵混凝土用高阻抗混凝土的研制.建筑材料學(xué)報(bào),200,4(4):373-377.6周曉軍,高波.地鐵雜散電流分布及其對(duì)混凝土襯砌耐久性的影響.西部探礦工程,1999,11(6):31-39.7耿飛,錢(qián)春香.南京地鐵用模筑聚丙烯纖維混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)研究.混凝土與水泥制品,2003,130(2):37-39.8王勇.深圳地鐵雜散電流防護(hù)措施分析.鐵道機(jī)車(chē)車(chē)輛,2001,(5):3