硫酸鹽離子對普通混凝土的影響

硫酸鹽離子對普通混凝土的影響

0兩閘的安全鑒定問題獨流減少河流的防洪港位于大清河和子牙河的交匯處。這是流量減少河流的第一個工程。主要用于在大清河洪峰期直接從獨流減少河流，確保天津和天津浦鐵路和大清河下游人民的生命財產(chǎn)安全。其次，洪水后，為了減少水面徑流，可以排除捐款。獨流減河進洪閘樞紐由南閘、北閘組成,北閘在左,南閘在右,兩閘中間有一島隔開,南閘較北閘偏向下游100m。兩閘室軸線平行布置,軸線中心線的間距為450m。北閘建成于1953年,南閘建成于1969年,工程經(jīng)多年運用后,兩閘均存在基礎(chǔ)沉降、閘室整體抗滑穩(wěn)定不足、交通橋標準低及工程老化嚴重等諸多問題。因此,在2000年對該閘做了全面的質(zhì)量檢測及復核計算,同年7月水利部海河委員會組織專家組對該閘進行了安全鑒定,被評定為三類閘,故急需除險加固。這次除險加固的目的除了要消除已存在的險情外,還要求根據(jù)《天津城市防洪規(guī)劃》的要求,將獨流減河的設計泄洪能力由原規(guī)劃的3200m3/s增加到3600m3/s,同時要求獨流減河進洪閘還應滿足排澇、蓄水灌溉和引水等綜合利用的要求。該除險加固工程于2005年4月開工建設,建成后的北閘為13孔、南閘為27孔(南、北兩閘的閘孔凈寬均為9.5m,閘墩厚均為1.2m),進洪閘的工作閘門均為露頂式平面定輪鋼閘門,采用2×160kN固定卷揚式啟閉機操作。1地下水的水質(zhì)與水量閘址區(qū)勘探深度35.0m范圍內(nèi),除表層為人工填土(mlQ)或混凝土底板外,其下所揭露的地層均為第四系全新統(tǒng)(Q4)沉積物,按其巖性特征、沉積環(huán)境、時代可劃分四大層,即人工填土(mlQ)、第四系全新統(tǒng)第一陸相層(alQ43)、第四系全新統(tǒng)第一海相層(mQ42)和第四系全新統(tǒng)第二陸相層(alQ41)。土質(zhì)以壤土及砂壤土為主,中間夾有1層平均厚度為6.5m的粉細砂。兩閘址的淺層地下水均為孔隙潛水,主要由大氣降水和河水補給,地下水水位受季節(jié)和河水的影響而略有變化。通過對閘址地區(qū)地下水的水質(zhì)分析得知,地下水中SO42的最大含量為418.82mg/L,此外還含有K+、Na+、Mg2+等陽離子和HCO-、Cl-、CO32-等陰離子。硫酸鹽在我國的含量非常豐富,分布也非常廣泛。我國每年由于混凝土受腐蝕所造成的經(jīng)濟損失至少要在400億元以上,其中硫酸鹽侵蝕就是主要因素之一。獨流減河進洪閘閘址地區(qū)的地下水因SO42的含量大,因此在進行除險加固時需要考慮混凝土抗硫酸鹽侵蝕的問題。2混凝土的化學變化混凝土由于受環(huán)境水或地下水中的硫酸鹽離子的影響,其表面被侵蝕剝落的現(xiàn)象非常普遍。尤其在硫酸鹽離子濃度高的地方及水位變化區(qū),沒有采取任何預防措施的普通混凝土表面可以在短短的幾個月內(nèi)被剝蝕、脫落,造成鋼筋的保護層減小甚至露筋的現(xiàn)象,這直接影響工程的運行,威脅建筑物的安全。環(huán)境水對混凝土的腐蝕可劃分為分解類、結(jié)晶類及分解結(jié)晶復合類3種類型。硫酸鹽對混凝土的侵蝕機理比較復雜,其發(fā)生化學變化后的生成物也較多,主要受環(huán)境水中含有的陽離子(如Na+、Mg2+等)及陰離子(如SO42-、Cl-、CO32-、Al2O66-等)的種類和數(shù)量的影響。在單純的硫酸鹽溶液中,混凝土受腐蝕會發(fā)生以下變化:混凝土中的NaSO4和MgSO4吸水分別形成NaSO4·10H2O和MgSO4·7H2O使體積膨脹4～5倍,造成結(jié)晶壓力而產(chǎn)生裂縫;硫酸鹽離子與硬化混凝土中的Ca(OH)2反應產(chǎn)生石膏(CaSO4)·2H2O,石膏的形成又導致混凝土剛度、強度的降低而引起軟化?；炷潦芨g的主要化學方程式為:Ca(OH)2+Na2SO4+2H2O→CaSO4·2H2O+NaOHCa(OH)2+MgSO4+2H2O→CaSO4·2H2O+Mg(OH)2當硫酸鹽溶液中含有可溶性的陽離子(如Na+、K+)時,硫酸鹽與C3A反應生成鈣礬石并體積膨脹,再加上混凝土抗拉強度低的弱點,使得混凝土在膨脹壓力下破壞。如果混凝土受SO42-和CO32-的共同侵蝕,會有硅灰石膏產(chǎn)生,發(fā)生硅灰石膏型硫酸鹽侵蝕(thaumasiteformofsulfateattack,TSA)。硅灰石膏直接使水泥中水化硅酸鈣(CSH)凝膠體分解,使混凝土完全變成一種無強度的果肉狀爛泥,因而它的破壞性更強,近年來受到各國學者的高度重視。3腐蝕分布及程度分析按環(huán)境水中硫酸鹽離子的含量,可將其對混凝土的腐蝕分成表1所示的4種程度。依照表1的分級標準,獨流減河進洪閘的環(huán)境水對普通混凝土具有中等腐蝕性。4抗凍、抗?jié)B等級綜合考慮獨流減河進洪閘所處的環(huán)境、氣候及環(huán)境水等因素,選擇混凝土的強度等級不小于C25、抗凍等級不小于F150、抗?jié)B等級不小于W4。施工單位據(jù)此要求及地下水中富含SO42的實際情況,進行了摻SK-D抗硫酸鹽侵蝕劑的混凝土配合比試驗,最終選定的抗硫酸鹽侵蝕混凝土配合比見表2。5混凝土的復配(1)混凝土攪拌站應嚴格控制外加劑的摻量,設置專人加強管理,避免造成摻量不足的現(xiàn)象。(2)現(xiàn)場拌制的混凝土的拌和時間要比普通混凝土延長30s,以保證外加劑拌和均勻。(3)混凝土在施工時應布料均勻、振搗密實,澆注完成后應及時養(yǎng)護,在養(yǎng)護期內(nèi)應保證混凝土表面濕潤。6其他機械、物理作用(1)SK-D抗硫酸鹽侵蝕劑是由優(yōu)化級配的礦物摻和料、增強填料、分散劑及減水劑等組成。在混凝土中摻入6%～10%水泥用量的抗硫酸鹽侵蝕劑,可提高混凝土的抗硫酸鹽侵蝕的能力,但其實際的摻量應根據(jù)現(xiàn)場試驗確定。(2)環(huán)境水對混凝土的腐蝕除化學作用外,還有機械、物理作用的影響。(3)在不同氣候條件下,腐蝕介質(zhì)對混凝土的腐蝕作用是不同的。在寒冷的氣候條件下,硫酸鹽的腐蝕能力強。(4)混凝土越密實、抗?jié)B標號越高,則其耐腐蝕性越好。所以,當采用上述標準進行判別時,混凝土的抗?jié)B標號不應小于W4、水灰比不應大于0.6。(5)水泥的組分及其含量對混凝土的硫酸鹽侵蝕有很大的影響,其中C3A、C3S是2個重要指標。若C3A含量過高,易于生成過多的膨脹性產(chǎn)物鈣礬石,導致混凝土膨脹破壞