引言

建筑結構防腐與裂縫控制是一個系統工程，近10年來，我國橋梁工程向長期化、復雜化發展。混凝土強度等級從C30向C50發展，這些因素導致鋼筋混凝土結構開裂的機率增多。

大多數土壤中都含有一些硫酸鹽，若硫酸鹽濃度低，則對混凝土不會產生太大的影響；若硫酸鹽濃度高，則可對建筑物或構筑物的地下部分，如橋梁、隧道、涵洞和房屋的基礎產生顯著的破壞作用。這種破壞可能以膨脹形式出現而導致結構位移。硫酸鹽膨脹也可使混凝土中的水泥水化產物喪失膠凝性，呈酥松狀或糊狀。

1工程概況

濱海新區響螺灣片區-海河開啟橋工程橫跨海河，位于響螺灣與于家堡之間，西起坨場南道跨過海河東至永泰路，起訖樁號為TCNK1+251.741，終點樁號為TCNK2+300。其中道路180m，橋梁全長868.8m，大橋引橋上部結構采用簡支變連續小箱梁，下部結構為異形橋墩、鉆孔灌注樁基礎。主橋梁為開啟橋，凈跨68m，結構設計為立轉式鋼結構懸臂梁。

本項工程為天津市跨海河的沿海工程，橋址位于海河入海口附近河水的腐蝕性較強。表1是地質勘查所取地下水的水樣分析結果。

2硫酸鹽腐蝕機理

硫酸鹽腐蝕是指環境中的SO42-與硬化水泥漿的某些組分(水化硫鋁酸鈣、氫氧化鈣)起化學反應，生成二水石膏或鈣釩石，其相同體積比反應物增加1倍多，在水泥石內部產生很大的膨脹應力，造成混凝土膨脹開裂以至毀壞。環境水中的SO42-含量不同，能使硬化水泥漿產生不同性質的腐蝕，當SO42-濃度較低時，它使硬化水泥漿產生硫鋁酸鈣腐蝕，當SO42-濃度>1000mg/L時，除了硫鋁酸鈣腐蝕外，還會產生石膏型的腐蝕。

從腐蝕的實際過程來看，硫鋁酸鈣腐蝕是由于生成鈣礬石，最初使硬化水泥漿變成密實，強度增加。但隨著鈣礬石生成量的繼續增多，產生局部膨脹壓力，使結構脹裂，強度下降而破壞，在遭受硫鋁酸鈣腐蝕的試體上面可看到較大裂縫，而石膏的腐蝕是先經歷一個強度降低的過程，繼之膨脹、開裂。混凝土后期膨脹出現裂縫，主要原因是:

(1)水泥中游離CaO過高，Ca(OH)2體積膨脹所致。

(2)水泥中MgO過高，Mg(OH)2體積膨脹所致。

(3)水泥和外加劑堿含量過高，與集料中活性硅等發生堿-集料反應所致。

(4)有害離子Cl-、Mg2+等侵入混凝土內部，導致鋼筋銹蝕或形成二次鈣礬石膨脹破壞所致。

3防腐蝕混凝土配合比設計

3.1防腐蝕混凝土原材料的選擇

考慮混凝土防腐主要是材料的耐久性，因為耐久性對結構的維修和更新費用，有重大經濟意義。耐久性被定義為材料在給定的環境條件下的使用年限。一般密實的或不透水的混凝土具有長期的耐久性，而取決于它的配合比、搗實的程度和養護及正常環境的溫度和濕度。

在以往工程中采用抗硫酸鹽水泥配制防腐混凝土。但由于抗硫酸鹽水泥作為特種水泥，目前國內生產廠家生產規模較小，并受工藝、運距、數量、價格較高等因素影響，制約了防腐混凝土的發展。而我們利用普通硅酸鹽水泥和SRA-1防腐劑和優質粉煤灰，配制防腐混凝土并應用到天津海河開啟橋工程上，既解決了混凝土的防腐問題，又降低了混凝土成本，取得了較好的經濟和社會效益。

3.1.1水泥

國內外有關資料的分析表明，在水泥的各個主要礦物組成中，C3A的含量大小對水泥的抗硫酸鹽侵蝕能力影響最大，其次取決于C3S含量。

防腐混凝土使用的水泥除物理性能滿足標準要求外，其C3A含量不超過8%，同時為防止堿集料反應，應盡量采用低堿水泥,我們選用了唐山冀東P.O42.5水泥。

3.1.2粉煤灰

在本項的混凝土施工過程中，摻入一定量的粉煤灰，這樣可改善混凝土的抗腐蝕性能，因為首先用火山灰質混合材將降低水泥中的C3A和C3S的含量，相當于在混凝土中所用的膠結材料是低C3A和低C3S的水泥。其次這些火山灰質混合材的水泥水化過程中產生Ca(OH)2，引起化學反應生成C-S-H凝膠，除了消除一部分Ca(OH)2外，還能提高強度。Ca(OH)2的消除將減輕其膨脹危害，強度的提高則能限制其膨脹。C-S-H凝膠的產生使結構致密，降低了SO42-滲透進混凝土的能力。所以我們選用了天津海得潤滋建材有限公司Ⅱ級粉煤灰。

3.1.3砂

為降低混凝土中的Cl-含量，我們選用了級配良好、含泥量等符合標準的福州江砂。

3.1.4碎石

破碎的巖石表面具有粗糙結構，粗糙度取決于巖石類型及所選擇的破碎設備。破碎的骨料含有相當數量的扁平和長條顆粒，這類顆粒對混凝土許多性質起不良影響。要對碎石的針片狀含量嚴格控制，選用針片狀含量<10%的薊縣5mm-25mm連續級配碎石。

3.1.5防腐劑

為了抑制混凝土的侵蝕，并對市場進行調查，我們選定了SRA-1防腐劑，此劑具有一定的引氣功能，在混凝土中形成大量的密閉、均勻的微氣孔，改善了混凝土的孔結構，提高了混凝土的密實度。

3.2配合比計算

3.2.1計算水泥用量、粉煤灰用量

根據防腐混凝土施工工藝要求確定坍落度為180mm-220mm。通過混凝土拌合物性能試驗選擇用水量180kg/m3。

粉煤灰采用外加法，摻入量為水泥用量的33.3%。

膠凝材料用量C0+Fm=180/0.45=400kg。

水泥用量C0=300kg。

粉煤灰用量Fm=C0×33.3%=100kg。

3.2.2計算砂石用量

按假定容量法2400kg/m3計算，砂率取37.0%。砂用量Sm=673kg，碎石用量G0=1147kg

3.2.3計算減水劑用量

按計算的水泥用量C0計算外加劑用量，按2.73%最佳摻量摻入。

3.2.4計算防腐劑用量

按計算的水泥用量C0計算外加劑用量，按2.73%最佳摻量摻入。

4應用效果

在施工過程中我們對防腐混凝土的試件進行了抗滲試驗,水壓力加至1.1kPa時,試件均未出現滲水,其抗滲等級全部能夠滿足要求,同時其相對應的混凝土試件進行抗壓強度試驗,其強度等級也達到了設計要求。另外參照美國ASTM1012標準，進行了混凝土抗硫酸鹽腐蝕干濕循環試驗：（1）按設計要求的混凝土配合比澆筑成型10cm×10cm×10cm的混凝土試件，標準養護28d。（2）進行干濕循環試驗：在5%NaSO4溶液中浸泡16h，取出晾干1h；放入80℃烘箱中烘干6h，冷卻1h后稱重，一個循環為24h。（3）每10次用NM-3B非金屬超聲檢測分析儀測定縱向波速度，最后以50次循環后，混凝土試件質量損失小于5%且強度損失小于25%，抗硫酸鹽侵蝕性能滿足要求。

5結語

通過對混凝土機理的研究和環境的分析，結合試驗數據，確定了通過摻入外加劑進行有機補償和施工合理的控制，對增強混凝土的耐久性、延長混凝土建筑物使用壽命具有很強的現實意義。同時通過環保角度和避免重復建設角度考慮，防腐蝕混凝土的前景令人樂觀，具有較高的經濟價值。