浅谈基于海水海砂生产的南海岛礁高性能混凝土
海水混凝土的性能与应用研究

海水混凝土的性能与应用研究一、引言海水混凝土是一种新型的混凝土,它是以海水为混凝土拌合水的一种混凝土。
相比普通混凝土,海水混凝土在抗压强度、耐久性、防腐蚀等方面有着更好的性能。
由于其特殊的性质,海水混凝土被广泛应用于海洋工程、海岸防护、海底隧道等领域。
本文将对海水混凝土的性能及其应用进行详细研究。
二、海水混凝土的性能1. 抗压强度海水混凝土的抗压强度比普通混凝土高。
这是因为海水中含有较高的氯离子和硫酸盐离子,可以促进混凝土中水泥水化反应的进行,从而提高混凝土的强度。
同时,海水混凝土中的海水还可以填充混凝土中的孔隙,减少混凝土中的空隙,提高混凝土的密实度。
2. 耐久性海水混凝土的耐久性比普通混凝土强。
这是因为海水混凝土中的海水可以起到防腐蚀的作用。
海水中的氯离子和硫酸盐离子能够对混凝土中的钢筋进行保护,减缓钢筋的腐蚀速度,从而延长混凝土的使用寿命。
3. 防腐蚀性能海水混凝土比普通混凝土具有更好的防腐蚀性能。
这是因为海水中的氯离子和硫酸盐离子能够对混凝土中的钢筋进行保护,减缓钢筋的腐蚀速度,从而延长混凝土的使用寿命。
此外,海水混凝土中的海水还可以填充混凝土中的孔隙,减少混凝土中的空隙,提高混凝土的密实度,从而减缓钢筋腐蚀的速度。
三、海水混凝土的应用1. 海洋工程海水混凝土在海洋工程中的应用广泛。
例如,海上风电场、海上石油平台、海上桥梁、海上码头等工程中都采用了海水混凝土。
由于海水混凝土的抗压强度和耐久性强,能够在海洋恶劣环境中长期稳定地使用,从而保证了工程的安全性和可靠性。
2. 海岸防护海岸防护是指在海岸线上采取各种措施,以防止海水侵蚀和海浪冲击所造成的破坏。
海水混凝土在海岸防护中的应用也越来越广泛。
例如,海堤、海坝、防波堤等工程中都采用了海水混凝土。
由于海水混凝土具有较好的抗压强度和防腐蚀性能,能够有效地防止海水侵蚀和海浪冲击所造成的破坏。
3. 海底隧道海底隧道是指建在海底的隧道,是连接两个陆地之间的重要交通线路。
高性能混凝土在沿海地区的运用

虽 然 带 来 许 多 优 良特 性 ,但 其 负 面 效 应 最 突 出 的是 混 凝 土 收 缩 裂 缝几率增多 . 收缩 裂 缝 主 要 包 括 干燥 收缩 、 度 收缩 、 温 塑性 收缩 、 化 学 收 缩 和 自收 缩 。 使 得 混 凝 土抗 裂性 能 差 。 性 能混 凝 土 保 证 结 这 高 构 有 足 够 的强 度 , 与 钢 筋 具 有 良好 的 粘 结 , 并 混凝 土 的 密 实 性 、 抗 裂 性 、 久性 都 较 普 通 结 构要 求 高 。 效 地 减小 氧 、 离子 、 酸 根 耐 有 氯 硫 离 子 等 的渗 进量 和渗 透 速 度 。 22混凝 土 制 拌 工 艺 的 改 进 _ 为 了拌 制 出 高性 能 混 凝 土 , 保 混 凝 土 的密 实 性 , 传 统 混 凝 确 对 土 搅 拌 工 艺 实施 改进 . 用 一 种混 凝 土 搅 拌 新 工 艺 。 运 即造 壳 砼 。它 的 主要 特 点 是 通 过 改进 传 统 投 料 方 式 的 不 科 学性 , 成砂 、 颗 粒 形 石 周 围水 泥 浆 体 的 厚度 和强 度 。 : 成 一 层 水 泥 浆壳 。该 工 艺 可 明 即 造 显改 善 混 凝 土 内 部 的孔 隙结 构 。增 强 骨 料 与 基 材界 面最 有 效 的粘 结 . 而减 少 了初 始 裂 缝 。 从 造 壳 砼 工艺 流 程 为 :中 砂 + O 5 %水 , 拌 3 s称 作 湿 润 阶 段 ) 搅 0( 一 投 入 水 泥 , 拌 5 s 称 作 造 壳 阶 段 ) 投入 碎石 , 拌 5 s 称 作 搅 0( 一 搅 0 ( 造 壳 阶段) 投 人 剩 余 5 %水 , 拌 3s( 作 糊 化 阶段) 一 0 搅 0 称 。 通过试验证明 。 同等 级 强 度 的 混凝 土 中 , 壳砼 与常 规 方 法 搅 造 拌 的混 凝 土相 比 。 很 好 地 控 制 水 灰 比 , 节 约 水 泥 用 量 , 混 凝 可 并 使 土 的强 度 提 高 5 , 而降 低 了成 本 , 保 了工 程 质 量 。 % 从 确
浅谈基于海水海砂生产的南海岛礁高性能混凝土

浅谈基于海水海砂生产的南海岛礁高性能混凝土-建筑论文浅谈基于海水海砂生产的南海岛礁高性能混凝土吕锋1 张伟2(1.江苏苏博特新材料股份有限公司南京211100;2.临沂大学建筑学院临沂276005)摘要:从南海岛礁高性能混凝土所处的外在环境、水泥熟料矿物的水化产物进行分析,对海工岛礁高性能混凝土应使用的专用水泥、钢筋及混凝土抗腐蚀外加剂等进行剖析,对实现海洋岛礁混凝土工程使用海水海砂混凝土提出建议,期待水泥与混凝土同行们作专门研究。
关键词:南海岛礁;海水海砂;混凝土盐类侵蚀;氯离子吸附外加剂;混凝土耐久性为贯彻落实国务院印发的《“十二五”国家战略性新兴产业发展规划》与工业和信息化部印发的《新材料产业“十二五”发展规划》,加快推进新材料产业发展,国家发改委、财政部、工业和信息化部会同科技部、中国科学院、中国工程院等部门和单位联合制定了《关键材料升级换代工程实施方案》,该方案要求到2016年,推动新一代信息技术、节能环保、海洋工程和先进轨道交通装备等产业发展急需的大尺寸单晶硅、宽禁带半导体及器件、石墨烯、海水拌养混凝土、新型防腐涂料等重点新材料实现批量稳定生产和规模应用。
该方案提出支持南海岛礁建设用海水拌养型混凝土产业化,珊瑚礁、砂集料海水拌养混凝土就地取材利用率大于75%,28d抗压强度不低于50MPa,劈裂抗拉强度大于5.OMPa,海水拌养型混凝土年产能达到20万rri3并在南海岛礁建设中实现示范应用;支持适用于南海岛礁建设的新型墙体材料产业化,耐火等级达到A级,抗压强度大于lOMPa,抗折强度大于2.5MPa,墙体材料吸水率不大于15%,热惰性大于2.5Cal/Crf12.℃.s,新型墙体材料单线年产能达到lO万macute;3,墙体制品在南海岛礁建设中实现示范应用。
21世纪是海洋世纪。
我国是海洋大国,近年来海洋岛礁工程建设正面临繁重的任务,民用及军用码头、海上机场、海上风力发电站、海上灯塔及雷达站、岛礁边防工事等基础设施建设如火如荼,岛礁高性能海洋混凝土最核心的技术就是水泥基胶凝材料技术和混凝土外加剂技术。
海水海砂混凝土力学性能研究

海水海砂混凝土力学性能研究
1.抗压强度:海水海砂混凝土的抗压强度是评估其承载力和结构安全
性的重要指标。
通过实验室试验和数值模拟研究可以确定影响抗压强度的
因素,如水灰比、骨料性质和掺有混凝土外加剂等。
2.力学性能的时间效应:海水海砂混凝土的力学性能会随着时间的推
移而发生变化,这被称为时间效应。
时间效应主要包括收缩、蠕变和弹性
模量随时间的变化。
研究时间效应可以更好地预测海水海砂混凝土的长期
性能。
3.抗裂性能:裂缝是影响混凝土结构耐久性和抗震性能的重要因素。
通过研究抗裂性能,可以改善海水海砂混凝土的韧性和抗震性能,从而延
长其使用寿命。
4.耐久性:海洋环境中存在着严酷的条件,如海水侵蚀、氯离子渗透
和冻融循环等。
研究海水海砂混凝土在这些条件下的耐久性,可以设计更
加可靠和耐久的海洋工程结构。
5.疲劳性能:海洋环境中的海浪和潮汐等会给海洋结构物带来周期性
荷载,从而引起疲劳损伤。
研究海水海砂混凝土的疲劳性能,对于提高海
洋工程结构的使用寿命至关重要。
6.界面性能:海砂与水泥基质之间的界面性能对海水海砂混凝土的的
力学性能有很大影响。
研究界面性能可以改善海砂与水泥基质的黏结强度,提高混凝土的整体性能。
虽然海水海砂混凝土在海洋工程领域已经得到广泛应用,但是其力学
性能仍然需要进一步的研究和改进。
通过对其力学性能的深入研究,可以
提高海水海砂混凝土的设计和施工质量,进一步推动海洋工程领域的发展。
浅议海水环境下增强混凝土耐久性措施

浅议海水环境下增强混凝土耐久性措施【摘要】海水环境对混凝土的腐蚀是一项长期存在的问题,影响着混凝土结构的使用寿命和安全性。
本文从增强混凝土的原理出发,探讨了海水环境对混凝土的影响并提出了增强混凝土的耐久性措施。
这些措施包括使用高性能混凝土、添加耐久性外加剂以及采取防腐蚀措施等方法。
试验结果表明,这些耐久性措施可以有效减缓混凝土在海水环境下的腐蚀速度,并提高其耐久性。
未来,应该进一步研究海水环境下混凝土的耐久性措施,以提高混凝土结构在恶劣环境下的使用寿命。
增强混凝土的耐久性对于维护海洋工程结构的安全与稳定具有重要意义。
通过不断的研究与实践,将有助于完善相关技术,提升混凝土结构在海水环境下的抗腐蚀能力。
【关键词】关键词:混凝土、海水环境、耐久性、增强、措施、原理、影响、应用效果、发展方向、重要性、总结、展望1. 引言1.1 研究背景现代社会建筑工程中混凝土是一种常用的建筑材料,但在海水环境下,混凝土的耐久性会受到严重影响。
海水中的氯离子、硫酸根离子等溶解物质会渗入混凝土中,导致混凝土的腐蚀和破坏加剧。
如何增强混凝土的耐久性在海水环境下显得尤为重要。
研究背景:随着社会经济的不断发展,海洋工程建设日益增多,海水环境下混凝土结构的耐久性也备受关注。
当前对混凝土耐久性的研究主要集中在提高混凝土的抗渗、抗盐雾、抗海洋微生物侵蚀等方面。
目前针对海水环境下的混凝土耐久性措施仍存在一定的局限性,有待进一步的研究和完善。
海水环境对混凝土结构的影响是一个复杂的过程,需要综合考虑多种因素并寻求有效的解决方案。
本文旨在探讨增强混凝土在海水环境下的耐久性措施,以期为海洋工程建设提供有效的技术支持和保障。
1.2 研究目的研究目的是为了探讨在海水环境下如何增强混凝土的耐久性,从而延长混凝土结构的使用寿命。
海水环境对混凝土的影响是不可避免的,因此我们需要寻找有效的方法来应对这种影响,保障混凝土结构的稳定性和安全性。
通过研究增强混凝土的原理和耐久性措施的应用效果,我们可以为工程实践提供可靠的技术支持,为海洋工程和海岸防护工程的建设贡献力量。
浅谈岛礁混凝土施工技术

浅谈岛礁混凝土施工技术本文由同济大学孙振平教授课题组冀言亮整理注:本公众号所发布内容均为课题组原创,转载或修编时请务必注明出处1 前言我国是海洋大国,18000公里长海岸线曲折蜿蜒,6500多个大小岛屿星罗棋布,油气、生物和矿产等资源品种多样且储量巨大。
随着社会发展、科学技术进步以及海洋资源开发日益增长的需求,我国的海洋岛礁工程建设正面临繁重的任务。
民用及军用码头、海上机场、海上风力发电站、海上灯塔及雷达站、岛礁边防工事等基础设施建设正如火如荼地进行。
然而岛礁上没有碎石、河砂等常规的建筑材料,施工用淡水也非常匮乏,有时不得不千里迢迢从内陆用船舶运输,这样不仅费用高昂,且易受风浪等自然条件限制,工期难以保证[1-3]。
因此,在岛礁上就地取材,利用珊瑚礁、砂和被台风海浪冲刷堆积的珊瑚礁、砂代替碎石、河砂,用海水代替淡水,配制海水拌养珊瑚礁、砂混凝土修补工程有重要现实意义。
本文结合岛礁混凝土施工技术特点,阐述了制备岛礁混凝土主要原材料的基本特征以及珊瑚礁、珊瑚砂、海砂与海水制备混凝土过程中的应用要点,并简要介绍了岛礁混凝土钢筋防腐阻锈的常见措施。
图1 岛礁混凝土施工2 岛礁混凝土原材料基本特征2.1 珊瑚礁与珊瑚砂开发可就地取材的建筑原材料是岛礁建设的关键问题之一,而以珊瑚礁与珊瑚砂作为混凝土集料提供了一个选择途径。
随着远洋岛礁相关建设需求的增加,珊瑚礁与珊瑚砂作为混凝土材料的研究开发已成为远洋岛礁工程建设的重要课题。
珊瑚礁与珊瑚砂为珊瑚虫死后的产物,其化学成分主要为CaCO3,矿物成分则为文石或高镁方解石,堆积密度约900 kg/m3,表观密度约1800 kg/m3。
珊瑚礁与珊瑚砂中的孔隙包括颗粒间的外孔隙与颗粒本身的内孔隙,孔隙率接近50%。
相对其他建筑材料而言,珊瑚礁与珊瑚砂质轻、多孔。
根据我国混凝土骨料分类标准属天然轻骨料,但与普通天然骨料又存在明显区别[4]。
2.2 天然海砂《海砂混凝土应用技术规范》(JGJ206-2010)将“海砂”定义为:出产于海洋和入海口附近的砂,包括滩砂、海底砂和入海口附近的砂,标准规定海砂中Cl-≤0.03%。
海砂海水混凝土的力学性能及抗渗和碳化试验-水工材料论文-水利工程论文-水利论文

海砂海水混凝土的力学性能及抗渗和碳化试验-水工材料论文-水利工程论文-水利论文——文章均为WORD文档,下载后可直接编辑使用亦可打印——0 引言随着海洋经济的发展,势必要兴建许多海洋和港口建筑物和构筑物,大量的土建工程,混凝土用量可观,如果采用传统的混凝土,需要从内陆运输大量的河砂和淡水,一方面影响建设工期,同时增加建设成本,而且对于一些距离内陆比较远的岛屿建设,大量砂、水等混凝土材料的运输也非常困难,于此同时,对于这些海岛或沿海地区,有大量的海砂和海水资源可用,如果可以利用海砂海水配制混凝土,对满足海洋经济发展和海岛国防建设具有非比寻常的意义。
海砂作为建筑用砂存在两面性。
一方面用海砂或部分河砂,可以缓解河砂缺乏现象,变废为宝,是利国利民的;另一方面,海砂中含盐,对钢筋混凝土有破坏作用。
钢筋混凝土结构如果必须使用海砂时,首先要严格进行除盐处理,使其达到合格后才能使用。
但是,由于未经处理的海砂的价格仅为河砂的13~14[1],而按照各国规定对氯离子含量超标的海砂进行淡化处理不仅费时费力,而且会导致成本大幅提高,这使得在某些建筑结构施工中,以公开或隐蔽的方式使用未经处理的海砂,导致建筑物成为了海砂屋,比较出名的有台湾海砂屋[2].韩国曾有过滥用海砂的时期,许多建筑物先后出现问题。
其中震动最大的是汉城三丰大厦的突然垮坍,20 人,615 人受伤[3],主要原因之一就是在建造时使用了不合格海砂。
在日本西部有80%到90%的细骨料是采用海砂,而且存在没有用淡水处理的海砂,导致钢筋快速锈蚀[4].这一点在日本有关震后房屋倒坍因素调查中得到了证实[5].在英国有11%的细骨料是采用海砂,而在英国的东南部和南部有90%以上是采用海砂作为细骨料[6].近年来,FRP(fiber reinforced polymer)复合材料在土木工程领域得到了越来越多的应用,特别是2011 年6 月1日起开始实施的《纤维增强复合材料建设工程应用技术规范》的颁布,推动了FRP 材料在建设工程中的使用。
浅议海水环境下增强混凝土耐久性措施

浅议海水环境下增强混凝土耐久性措施【摘要】海水环境对混凝土结构耐久性造成了严重的影响,因此采取有效措施增强混凝土的耐久性至关重要。
本文首先介绍了海水环境对混凝土耐久性的影响,然后提出了增强混凝土耐久性的设计原则,包括选用耐久性增强材料和优化施工工艺。
文章还重点探讨了监测与维护策略,以保证增强混凝土的持久性。
在强调了混凝土耐久性增强措施的重要性,并提出未来研究方向。
通过本文的介绍和探讨,希望读者能更好地了解如何在海水环境下增强混凝土的耐久性,从而保障海洋工程结构的长期稳定性和安全性。
【关键词】混凝土、海水环境、耐久性、增强、设计原则、材料、施工工艺、监测、维护、重要性、研究方向、总结。
1. 引言1.1 研究背景在海洋工程中,混凝土结构是最常见的建筑材料之一,但海水环境下混凝土结构受到的腐蚀作用较大,导致混凝土耐久性下降,从而影响结构的使用寿命和安全性。
海水中的氯离子、硫酸盐等物质会进入混凝土中,引起钢筋锈蚀,并破坏混凝土的内部结构,加快混凝土的老化,因此海水环境对混凝土耐久性的影响不容忽视。
为了解决海水环境下混凝土耐久性问题,需要进行相关的研究和措施。
制定针对海水环境的混凝土耐久性设计原则,选择耐久性增强材料,优化施工工艺,制定监测与维护策略等都是提高混凝土耐久性的重要手段。
通过对海水环境下混凝土耐久性影响的研究,可以有效提高混凝土结构的使用寿命和安全性,对海洋工程建设具有重要意义。
1.2 研究目的研究目的:本文旨在探讨海水环境对混凝土耐久性的影响,并提出增强混凝土耐久性的设计原则,选择合适的耐久性增强材料,优化施工工艺,以及制定有效的监测与维护策略。
通过对这些措施的研究和分析,旨在提高海水环境下混凝土结构的耐久性,延长其使用寿命,降低维护成本,保障工程安全稳定运行。
本研究也旨在总结混凝土耐久性增强措施的重要性,为未来的相关研究提供参考和借鉴,促进我国混凝土结构在海水环境下的发展与应用。
2. 正文2.1 海水环境对混凝土耐久性的影响海水环境是混凝土结构长期暴露下的一种特殊环境,在这种环境下,混凝土结构面临着诸多耐久性问题。
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浅谈基于海水海砂生产的南海岛礁高性能混凝土-建筑论文浅谈基于海水海砂生产的南海岛礁高性能混凝土吕锋1 张伟2(1.江苏苏博特新材料股份有限公司南京211100;2.临沂大学建筑学院临沂276005)摘要:从南海岛礁高性能混凝土所处的外在环境、水泥熟料矿物的水化产物进行分析,对海工岛礁高性能混凝土应使用的专用水泥、钢筋及混凝土抗腐蚀外加剂等进行剖析,对实现海洋岛礁混凝土工程使用海水海砂混凝土提出建议,期待水泥与混凝土同行们作专门研究。
关键词:南海岛礁;海水海砂;混凝土盐类侵蚀;氯离子吸附外加剂;混凝土耐久性为贯彻落实国务院印发的《“十二五”国家战略性新兴产业发展规划》与工业和信息化部印发的《新材料产业“十二五”发展规划》,加快推进新材料产业发展,国家发改委、财政部、工业和信息化部会同科技部、中国科学院、中国工程院等部门和单位联合制定了《关键材料升级换代工程实施方案》,该方案要求到2016年,推动新一代信息技术、节能环保、海洋工程和先进轨道交通装备等产业发展急需的大尺寸单晶硅、宽禁带半导体及器件、石墨烯、海水拌养混凝土、新型防腐涂料等重点新材料实现批量稳定生产和规模应用。
该方案提出支持南海岛礁建设用海水拌养型混凝土产业化,珊瑚礁、砂集料海水拌养混凝土就地取材利用率大于75%,28d抗压强度不低于50MPa,劈裂抗拉强度大于5.OMPa,海水拌养型混凝土年产能达到20万rri3并在南海岛礁建设中实现示范应用;支持适用于南海岛礁建设的新型墙体材料产业化,耐火等级达到A级,抗压强度大于lOMPa,抗折强度大于2.5MPa,墙体材料吸水率不大于15%,热惰性大于2.5Cal/Crf12.℃.s,新型墙体材料单线年产能达到lO万macute;3,墙体制品在南海岛礁建设中实现示范应用。
21世纪是海洋世纪。
我国是海洋大国,近年来海洋岛礁工程建设正面临繁重的任务,民用及军用码头、海上机场、海上风力发电站、海上灯塔及雷达站、岛礁边防工事等基础设施建设如火如荼,岛礁高性能海洋混凝土最核心的技术就是水泥基胶凝材料技术和混凝土外加剂技术。
最近20年来,针对海工混凝土及其外加剂技术,国内外已经有大量文献公开发表,但对于使用海砂集料、海水拌养混凝土的研究文献很少。
既然国家提出南海岛礁建设用海水、海砂拌养型混凝土产业化,将海砂集料、海水拌养混凝土就地取材利用,我们就要分析这类混凝土所用的各种原材料。
从原材料分析人手,设计经济技术合理的岛礁高性能海洋混凝土就有了可靠的保证。
1南海岛礁高性能混凝土所处的环境1.1南海海水表层温度南海海水表层水温在25℃—28℃左右,年温差3℃。
4℃,盐度为35%。
,潮差平均2m。
最冷的月份平均温度在20。
C以上,最热时极端达33。
C左右。
1.2海水组分海水主要成分为水,盐类约占3%—3.50/0,其中海水中的cr含量约为19000mg/L,约1.9%。
主要盐分含量见表1。
1.3海砂《海砂混凝土应用技术规范》(JGJ206-2010)将“海砂”定义为:出产于海洋和人海口附近的砂,包括滩砂、海底砂和人海口附近的砂,标准规定海砂中Cl-≤0.03%。
根据卞立波等人测试表明,海砂中氯离子含量可以达到0.123%。
1.4南海海洋混凝土腐蚀环境从南海海洋混凝土所受侵蚀危害来看,因常年海水温度在20。
C以上,冻融危害不存在;因混凝土原料海水海砂带入的Cl-,大气和海洋中的Cl-、海水中的s042-离子侵蚀及Mg2+盐的腐蚀是影响海洋高性能混凝土耐久性的主要考虑因素。
2水泥熟料矿物特性及水化产物分析众所周知,普通硅酸盐水泥熟料组分水化反应如下:2(3Ca0.S102)+6H20—} 3Ca0·2S102acute; 3H20+3Ca (OH)22(2Ca0.Si02)+4H20—} 3Ca0·2Si02acute; 3H20+Ca (OH)23Ca0. Al203+6H20-*3Ca0 .Al203acute; 6H204Ca0. Al203. Fe203+7H 20- 3Ca0. Al203acute; 6H20+Ca0.Fe203.H203Ca0 .Al203. 6H20+CaS04→3Ca0 .Al203. 3CaS04acute;31H20或3Ca0. AI203.CaS04acute; 12H20β-C2S的水化与C,S相似,只不过水化速度慢而已,水化产物均为C-S-H 凝胶,但其CH生成量比C3S的少1/3倍。
在纯硅酸盐水泥的水化产物中,C-S-H 凝胶的分量占50%—70%,CH质量分数为25%~27%。
改变熟料矿物成分之间的比例,水泥的性能会发生相应的变化。
这就为生产海洋岛礁混凝土专用水泥提供了理论上的可能。
3海洋岛礁混凝土需要的水泥及特殊专用抗腐蚀外加剂当前,高性能混凝土已经成为国家基本建设重点推广的绿色建筑材料,其最大特点是混凝土掺和料(含粉煤灰、矿粉或硅灰等,占胶凝材料总量的30%—50%)和混凝土外加剂的广泛应用。
海洋岛礁高性能混凝土也具备以上基本特点。
从南海海洋混凝土所受侵蚀危害来看,冻融危害基本不存在;因海洋中的氯离子侵蚀或混凝土原料海水海砂带人的氯离子是引起钢筋锈蚀膨胀而造成混凝土结构破坏的主要因素,而长期受海水中S042-离子侵蚀及Mg2+盐的腐蚀是危害海洋高性能混凝土耐久性的次要因素,如图1所示。
3.1Cl-及S042-侵蚀及Mg2+的腐蚀介绍关于Cl-及S042-侵蚀及Mg2+的腐蚀介绍,国内外文献很多,其化学反应原理如下:(1)氯离子的侵蚀引起钢筋锈蚀一般而言,引起混凝土中钢筋锈蚀的原因主要有2个:混凝土保护层碳化和氯离子侵蚀。
其中,氯离子侵蚀的危害最大,相应的研究工作最多也最深入。
通常情况下,碳化对混凝土本身负面影响较小,其副作用主要是降低了混凝土孔溶液的pH值并促使结合氯离子游离转化为自由氯离子,二者均显著加速了钢筋的锈蚀进程。
混凝土碳化的主要化学反应式为:CH+C02→CaC03+H20; CaC03+C02+H20→ Ca(HC03)2使用海水、海砂及海石的混凝土原料所含的氯离子和海洋环境中氯离子,通过扩散、渗透和吸附等作用进入混凝土中,随时间推移到达钢筋表面,随后与钢筋钝化膜发生一系列复杂的化学反应,最终导致钝化膜局部破坏而引起钢筋锈蚀。
此外,氯离子的侵入还会降低CH溶解度,继而降低孔溶液的pH。
脱钝后混凝土中钢筋的锈蚀是一个电化学过程,在阳极的反应为:Fe→Fe2++2e;在阴极的反应为:H20 +1/202+2e→2(OH)阴极、阳极反应生成的铁离子和氢氧根离子结合生成氢氧化亚铁:Fe2++2(OH)→Fe(OH)2氢氧化亚铁与水中的氧作用可生成氢氧化铁:4Fe(OH)2 +0,+2H20-+4Fe(OH)3钢筋锈蚀会造成结构钢筋断面面积的减损,并且其体积为铁体积的2—6倍,产生后会导致混凝土保护层开裂、剥落,使水分更容易进入,促使腐蚀加快发展。
(2)混凝土的硫酸盐侵蚀混凝土的硫酸盐侵蚀是一个复杂的物理化学过程,多年来国内外许多学者在侵蚀机理方面作了大量的研究,形成了一些结论。
一般而言,硫酸盐侵蚀有以下化学反应1)形成钙矾石。
SO。
2。
与水泥石中的CH和水化铝酸钙反应生成三硫型水化硫铝酸钙(钙矾石),固相体积增大94%,引起混凝土的膨胀、开裂,这种破坏一般会在混凝土表面出现比较粗大的裂缝。
另一方面,钙矾石生长过程中的内应力也进一步加剧了膨胀。
这和液相的碱度密切相关,碱度低时,形成的钙矾石为大的板条状晶体,此类钙矾石一般不产生有害的膨胀;碱度高时如在纯硅酸盐水泥混凝土中形成的钙矾石为针状或片状,甚至呈凝胶状析出,形成极大的结晶应力,因此合理控制液相的碱度是减轻钙矾石危害性膨胀的有效途径之一。
2)形成石膏。
如果硫酸盐浓度较高时,则不仅生成钙矾石,还会有石膏结晶析出。
一方面石膏的生成使固相体积增大124%,引起混凝土膨胀开裂,另—方面消耗了CH,而水泥水化生成的CH也是C-S-H等水化矿物稳定存在的基础,因此导致混凝土的强度损失和耐久性下降。
(3) MgS04腐蚀MgS04是硫酸盐中侵蚀性最大的一种,其原因主要是Mg2+和SO12-均为侵蚀源,二者相互叠加构成严重的复合侵蚀,反应主要有以下几种:MgS04+CH+2H20=CaS04acute; 2H20+Mg(OH)2MgCl2+CH=CaCl2+Mg(OH)2这种反应生成的石膏或钙矾石引起混凝土的体积膨胀,同时反应将CH转化成Mg(OH)2,CaCl2溶于水析出,Mg(OH)2无胶凝能力,发生溶蚀现象,造成混凝土多孔,强度下降,腐蚀程度逐渐加大。
3.2海洋高性能混凝土需要什么样的水泥(1) C3A含量硫酸盐侵蚀的实质是海水中的硫酸根离子与水泥石中的CH和铝酸盐矿物发生的物理化学作用,因此水泥的化学成分和矿物组成是影响硫酸盐侵蚀程度和速度的重要因素,由于海工混凝土中含有30%—50%的矿物掺和料,其潜在活性的发挥必然会消耗掉部分的CH,故水泥熟料中C3A的含量是硫酸盐侵蚀混凝土性能的决定性因素。
有学者研究证明,混凝土膨胀随水泥中C2A含量的增加而明显增长,若C3A含量高,且C3S含量亦高时则混凝土的抗硫酸盐侵蚀性更差,这是因为C3S水化生成大量的CH;不过若C,A含量不超过10%时,C3S的影响并不显著。
当然水泥中的铝酸三钙(C3A)在一定条件下可与氯盐起固化作用生成不溶性水化氯铝酸钙(C3A.CaCl2.lOH20),又称“FCle(-el”盐,降低了混凝土中游离氯离子的量,C3A含量高的水泥品种有利于抵御氯离子的侵害,但是“Fdedel”只有在强碱性环境下才能生成和保持稳定,当混凝土的碱度降低时,其会发生分解,重新释放出氯离子。
海洋高性能混凝土随着时间的延长,大量掺和料逐渐水化后,混凝土碱度有所降低,故海洋混凝土所用水泥仍然要限制C2A的含量,一般控制在熟料的60/0以下为好。
(2) C3S,p-C2S在水泥熟料中的比例数量由上分析可知,CH的存在是引起海洋混凝土遭受硫酸盐和镁盐侵蚀的重要因素,但是CH也有它的重要作用,一是维持钢筋混凝土的碱度,保持钢筋持续为钝化状态,对钢筋阻锈有利;二是CH的存在可以维持C-S-H凝胶的稳定性和耐久性;三是CH的存在可以激发海工混凝土掺和料的活性,使混凝土更加致密,提高混凝土抗渗性,增强海工混凝土抗氯离子侵蚀性。
这样综合考虑,水泥熟料应该适当降低C2S含量,适当增加β-c2s含量,使水泥水化产物中CH 数量绝对值相对减少。
至于海工混凝土所用水泥熟料中C3S、p-C2S分别达到多少为佳,要综合考虑,经过试验才可以确定。
笔者建议:海洋混凝土所用水泥中孰料C,S含量宜控制在25%~ 35%,p-C2S含量宜控制在40%—50%。