[摘要] 本文從提高混凝土的抗凍性及抗腐蝕性方面探討外露混凝土結(jié)構(gòu)質(zhì)量保障問(wèn)題。
[關(guān)鍵詞] 外露混凝土結(jié)構(gòu); 抗凍性; 抗腐蝕性
伴隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展, 大規(guī)模的建筑工程在中國(guó)興建。工程中廣泛應(yīng)用的材料是混凝土建筑結(jié)構(gòu)。一般建筑使用壽命30~50 年。因此混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性逐漸引起了人們的重視?；炷两Y(jié)構(gòu)的耐久性是指混凝土抵抗氣候變化化學(xué)侵蝕等任何其他破壞過(guò)程的能力。在寒冷地區(qū)或處于飽和狀態(tài)的環(huán)境中混凝土結(jié)構(gòu)的抗凍性及抗腐蝕性, 對(duì)于混凝土結(jié)構(gòu)建筑物在設(shè)計(jì), 施工, 管理使用過(guò)程中應(yīng)多加考慮。特別是近年來(lái)因混凝土結(jié)構(gòu)耐久性方面設(shè)計(jì)施工的不足造成了許多事故和經(jīng)濟(jì)損失。首先應(yīng)引起結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員重視的是現(xiàn)行的混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范(GB50010- 2002) 對(duì)不同使用環(huán)境下結(jié)構(gòu)混凝土的耐久性做了明確的規(guī)定.常用的室內(nèi)建筑混凝土結(jié)構(gòu)( 相當(dāng)于混凝土規(guī)范中一類的環(huán)境類別) 基本不受冰凍影響,一般也不會(huì)長(zhǎng)期受到水份浸泡, 根據(jù)國(guó)內(nèi)混凝土結(jié)構(gòu)耐久性狀態(tài)的調(diào)查, 一類環(huán)境設(shè)計(jì)使用年限為50年, 基本上可得到保證, 因此在設(shè)計(jì)上對(duì)混凝土結(jié)構(gòu), 除了要求滿足承載力極限狀態(tài)及正常使用極限狀態(tài)外, 沒有抗凍性要求,一般也不會(huì)出現(xiàn)混凝土腐蝕問(wèn)題.但對(duì)于處于二、三類環(huán)境中的混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件, 如電桿,橋梁,水池,護(hù)岸,擋土墻, 機(jī)場(chǎng)道面及外露地下室外墻壁等, 就受到凍融循環(huán)的作用,有的經(jīng)常處于水飽和狀態(tài).這些構(gòu)件,就出現(xiàn)了嚴(yán)重腐蝕性破壞及滲漏問(wèn)題.因此對(duì)這些特殊結(jié)構(gòu)的混凝土質(zhì)量及混凝土用料應(yīng)有特殊的要求.這種特殊要求就是混凝土應(yīng)具備必要的抗凍性和防腐蝕性。
1 提高混凝土的抗凍性
我國(guó)地域遼闊, 有相當(dāng)大的部分處于嚴(yán)寒和和寒冷地區(qū)?；炷恋膬鋈谄茐氖俏覈?guó)建筑物老化病害的主要問(wèn)題之一, 嚴(yán)重影響了建筑物的長(zhǎng)期使用和安全運(yùn)行, 筆者經(jīng)常看到混凝土立交橋的接縫處, 因縫隙流下的雨水雪水而產(chǎn)生的凍融破壞, 導(dǎo)致橋墩混凝土脫落, 鋼筋外露現(xiàn)象?，F(xiàn)行的混凝土規(guī)范第3.4.5 條: 嚴(yán)寒及寒冷地區(qū)的潮濕環(huán)境中, 結(jié)構(gòu)混凝土應(yīng)滿足抗凍要求, 混凝土抗凍等級(jí)應(yīng)符合有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。按筆者對(duì)這一條文的理解, 對(duì)于處于二、三類環(huán)境的混凝土結(jié)構(gòu), 在作結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí), 應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)混凝土提出明確的抗凍要求, 以避免因設(shè)計(jì)考慮不周出現(xiàn)混凝土構(gòu)筑物凍融破壞責(zé)任事故。
我們注意到混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范對(duì)結(jié)構(gòu)混凝土耐久性提出的基本要求, 是針對(duì)不同的環(huán)境類別對(duì)水灰比, 水泥用量, 混凝土強(qiáng)度等級(jí)等都有量化指標(biāo)。但涉及到具體的項(xiàng)目如何實(shí)現(xiàn)并達(dá)到混凝土的抗凍等級(jí)還得參考有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求, 關(guān)于混凝土的抗凍性指標(biāo), 目前道路工程有明確的規(guī)定, 在道路工程中有具體要求,所列的有關(guān)指標(biāo)如表1。
表1 中只列出為保證抗凍性所用水泥的最小用量,對(duì)水泥品種沒有具體標(biāo)明.這主要是道面混凝土工程一般都強(qiáng)調(diào)使用硅酸鹽水泥,或普通硅酸鹽水泥. 水泥品種對(duì)混凝土的抗凍性有很大的影響,這是設(shè)計(jì)和施工容易忽視的問(wèn)題, 根據(jù)《混凝土》雜志總第74 期刊出的一份資料表明,其它條件
相同,由于水泥品種的差異,混凝土的抗凍性差異是很大的.用不同水泥制作的混凝土,經(jīng)過(guò)150 次凍融循環(huán)后,有關(guān)數(shù)據(jù)如表2 所示。
按相關(guān)規(guī)定強(qiáng)度損失率小于25%既可滿足抗凍等級(jí)要求, 從表2 看出,水泥不摻添加劑時(shí),混凝土的抗凍性以硅酸鹽水泥混凝土最好,其抗凍性指標(biāo)能達(dá)到150~200 這個(gè)等級(jí), 普通硅酸鹽水泥與礦渣水泥混凝土的抗凍性基本相似,其抗凍性指標(biāo)都在100 以下, 所以在嚴(yán)寒地區(qū),當(dāng)混凝土構(gòu)件有抗凍性要求時(shí),宜采用硅酸鹽水泥,也不必使用添加劑, 若使用摻合材水泥,即使是普通硅酸鹽水泥,也須摻用膨脹劑,以提高混凝土的抗凍性。
對(duì)礦渣水泥來(lái)說(shuō)當(dāng)膨脹劑為4%~8%時(shí)強(qiáng)度損失率為10.3%~7.2%, 小于25%, 當(dāng)膨脹劑為
12%時(shí)強(qiáng)度損失率為28.2%大于25%不滿足要求,摻量合適時(shí),礦渣水泥混凝土的抗凍性已達(dá)硅酸鹽水泥混凝土水平。
因此基本結(jié)論是: 當(dāng)使用硅酸鹽水泥時(shí), ( 從表2 可以看出強(qiáng)度損失率僅為9%) , 混凝土既具有足夠的抗凍性, 不必?fù)接锰砑觿?。其它水泥混凝土需要保持足夠的抗凍? 需使用膨脹劑。但膨脹劑摻量不得大于8%~12%。
2 提高混凝土的抗腐蝕性
混凝土的腐蝕問(wèn)題,是水泥中的堿(主要是鈉及鉀)與骨料中的活性物質(zhì)作用生成凝膠, 混凝土固化后,遇水浸潤(rùn)這些凝膠膨脹造成混凝土崩解破壞, 所以造成混凝土腐蝕性反應(yīng)的首要因素是水泥中堿含量過(guò)高,又由于混凝土經(jīng)常受到水分浸潤(rùn)造成的。
1982 年至1984 年由北京某構(gòu)件廠生產(chǎn)的預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土鐵路橋梁188 孔, 用于山東兗石線上。1991 年調(diào)查了183 孔, 其中無(wú)裂縫的僅6孔, 裂縫寬度一般在0.2mm~0.4mm 之間, 最大的達(dá)0.7mm。預(yù)制構(gòu)件系采用高堿純硅酸鹽水泥, 混凝土的堿含量約6.5Kg/m3, 雖然強(qiáng)度非常高, 但仍然開裂嚴(yán)重。用北京地區(qū)的堿活性集料與高堿水泥生產(chǎn)的預(yù)制構(gòu)件在河北的京秦線、陜西三原鐵路工務(wù)段和江西景德鎮(zhèn)的鐵路橋梁上使用破壞同樣嚴(yán)重。同時(shí)生產(chǎn)的鐵路軌枕用于北京站、上海站、貴陽(yáng)站、鎮(zhèn)江站也是同樣結(jié)果。
山東濰坊機(jī)場(chǎng)建于1984 年, 混凝土的堿含量約3.9Kg/m3。九十年代初調(diào)查, 開裂的跑道達(dá)33.3%, 在實(shí)驗(yàn)室仔細(xì)鑒定證明, 該機(jī)場(chǎng)主要為堿碳酸鹽反應(yīng)引起的破壞。
北京許多五十年代中期建造的大型工業(yè)廠房, 早已裂痕累累列為危險(xiǎn)建筑。1959 年建成的人民大會(huì)堂、西效展覽館、北京站梁柱明顯開裂, 已經(jīng)修復(fù)多次。1978、1979 年告竣的朝陽(yáng)門、建國(guó)門立交橋損傷嚴(yán)重。1980 年投入使用的西直門立交橋已經(jīng)加固。1984 年鋪成的京秦鐵路橋梁損傷84.67%。1990 年交付的國(guó)家奧林匹克體育中心已經(jīng)大規(guī)模修補(bǔ)等等。以上工程主體結(jié)構(gòu)一次使用壽命均不到50 年, 有的不到20 年甚至不到10 年。
混凝土的腐蝕問(wèn)題, 在上世紀(jì)60 年代前出現(xiàn)較少.主要是那時(shí)水泥基本是立窯生產(chǎn)的,水泥料在煅燒過(guò)程中,粘土中的堿份隨煙塵外逸,水泥中的堿含量較低, 到70 年代以后,水泥多用回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn),這是水泥生產(chǎn)的進(jìn)步,它節(jié)約能耗,又使水泥熟料均勻, 但帶來(lái)的問(wèn)題是,水泥熟料中的堿份不能隨煙塵外逸,而是集存在水泥熟料中,因此水泥的堿含量相應(yīng)增大。
當(dāng)時(shí)基建工程界沒有察覺到這個(gè)問(wèn)題,因此從上世紀(jì)70 年代起, 某些經(jīng)常外露在大氣中的混凝土構(gòu)造物,陸續(xù)出現(xiàn)了黃斑龜裂甚至完全失穩(wěn)的現(xiàn)象.直到90 年代,問(wèn)題暴露更多了,引起了人們震驚.在1991 年,召開了一次國(guó)內(nèi)建材界權(quán)威的座談會(huì),才弄清了混凝土腐蝕現(xiàn)象的本質(zhì),結(jié)論就是水泥中堿含量過(guò)多,造成了混凝土的腐蝕現(xiàn)象, 這次座談會(huì)雖然弄清了問(wèn)題的實(shí)質(zhì),但問(wèn)題并沒有徹底解決,原因是當(dāng)前水泥質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中,還沒有限制堿含量的要求, 如果某項(xiàng)工程需要使用低堿水泥,只能與生產(chǎn)廠家協(xié)商解決, 它的造價(jià)相應(yīng)就提高了.因此我們需要謀求各種手段,來(lái)解決混凝土的腐蝕問(wèn)題。
混凝土的腐蝕性反應(yīng), 是水泥中的堿與石材(骨料)中某些物質(zhì)的反應(yīng),通稱為堿- 骨料反應(yīng)。最近十多年的事實(shí)表明,國(guó)內(nèi)外用石灰石為骨料的混凝土,大量出現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象,并發(fā)展迅猛, 這些年國(guó)外的報(bào)導(dǎo),以石灰石為骨料的水泥混凝土道面出現(xiàn)了“D”開裂問(wèn)題, 唐明述院士對(duì)此問(wèn)題作了評(píng)述.評(píng)述中指出,“國(guó)外的研究只涉及到骨料的物理特征,對(duì)某些化學(xué)作用(如膨脹的堿- 碳酸鹽反應(yīng)等)的忽視值得深思,在密蘇里州的研究中,已證實(shí)了高堿水泥(0.8%)能更早引起“D”開裂, 國(guó)內(nèi)出現(xiàn)的大量混凝土腐蝕事例,其中也不乏是用石灰石為骨料。由此可見, 混凝土中用石灰石做骨料, 其可能產(chǎn)生腐蝕性反應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)性, 就比用花崗巖石高得多。
混凝土用水泥除了強(qiáng)度及抗凍性方向的考慮外,裸露于大氣中,經(jīng)常受到水分浸潤(rùn)的混凝土,需要用低堿水泥, 當(dāng)能保證混凝土強(qiáng)度時(shí),不宜采用過(guò)高標(biāo)號(hào)的水泥,也可以考慮采用摻合材水泥。
混凝土用的骨料,在花崗巖碎石與石灰?guī)r碎石供應(yīng)條件無(wú)大差異時(shí), 宜采用花崗巖或砂巖碎石,需采用石灰石時(shí),宜從源頭上在石場(chǎng)剔出帶白云石的石塊, 一些水泥廠用的石場(chǎng),都有專人在石料中剔出白云石,以保證水泥中鎂含量不超標(biāo),所以這項(xiàng)工作是能夠做的。
據(jù)了解, 我國(guó)某機(jī)場(chǎng)混凝土跑道已發(fā)現(xiàn)堿骨料反應(yīng)開裂, 某大型城市公路立交橋建成剛5 年,其潮濕部位開裂已經(jīng)取樣證實(shí)為堿骨料反應(yīng)。由于近幾年來(lái)我國(guó)水泥外加劑等情況的發(fā)展變化,混凝土堿骨料反應(yīng)問(wèn)題已構(gòu)成我國(guó)土建工程的一大潛在危害, 希望我國(guó)的建筑、市政、交通等有關(guān)混凝土工程的設(shè)計(jì)、施工工程技術(shù)人員對(duì)此問(wèn)題給予應(yīng)有的重視, 采取可能做到的各種措施, 預(yù)防堿骨料反應(yīng)對(duì)工程的損害。
綜上所述, 對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)耐久性問(wèn)題, 應(yīng)引起有關(guān)設(shè)計(jì), 施工, 管理人員的注意, 并提出如下建議:
( 1) 對(duì)于處于二, 三類環(huán)境中的混凝土結(jié)構(gòu),在設(shè)計(jì)文件中, 應(yīng)對(duì)這類混凝土構(gòu)件的抗凍性標(biāo)準(zhǔn)提出明確的要求。
( 2) 不同的水泥品種抗凍性能不一樣, 設(shè)計(jì),施工人員應(yīng)區(qū)別對(duì)待, 審慎使用。
( 3) 處于二, 三類環(huán)境中的混凝土的骨料應(yīng)優(yōu)先采用花崗巖和砂巖, 不宜采用石灰石。
[參考文獻(xiàn)]
[1]王巖等《混凝土》總第74 期.道面混凝土摻膨脹劑研究.
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