高寒潮汐复杂环境超长自防水混凝土抗渗性能研究

发表时间:2018/7/12   来源:《基层建设》2018年第16期   作者:王磊 郑威 王瑞 孙海宝 张青森
[导读] 摘要:本文介绍自防水混凝土原材料选用,通过双掺技术,实现低水灰比、高耐久性自防水混凝土的配制技术,为在高寒潮汐复杂环境下工程混凝土的防水、防蚀作了探索。
        中国建筑第五工程局有限公司东北公司  辽宁沈阳  110000
        摘要:本文介绍自防水混凝土原材料选用,通过双掺技术,实现低水灰比、高耐久性自防水混凝土的配制技术,为在高寒潮汐复杂环境下工程混凝土的防水、防蚀作了探索。
        关键词:自防水混凝土;抗渗性能;复杂环境
        前言
        在高寒潮汐等复杂环境下,对于承受水压的混凝土工程和构筑物,为了达到防水要求,以往都在表面作卷材防水层,不但施工复杂,而且耐久性差。有些工程由于工程量大,埋置深,环境条件特殊等,一般的表面防水层已不能满足需要。如果能采用自防水混凝土,提高混凝土的自身抗渗性能,达到防水的效果,就可以省去防水层。一般可以通过混凝土组成材料的质量改善,合理地选择混凝土的配合比和骨料级配以及掺加适量的外加剂,减少混凝土内部的孔隙,堵塞混凝土内部的毛细孔通路,增加混凝土内部的密实性,来提高混凝土自身的抗渗效果。
        一、关于混凝土渗水的相关因素分析
        (一)混凝土的组成
        混凝土的主要组成材料为水泥、砂、石子和水。水的作用是使水泥水化产生胶凝物质并变硬,使混凝土拌合物具有流动性。水泥的作用是和水结合成水泥浆。水泥浆包裹粗细骨料表面并填充骨料的空隙,在骨料间起润滑作用,使混凝土拌合物具有适合浇筑的和易性,并使硬化后的混凝土具有所需的强度和耐久性。
        从混凝土的组成来看,它是一种非匀质材料,从微观结构上来看其属于多孔结构,其体内分布着许多大小不同的微细孔隙,因而它很容易渗水。要提高混凝土自身的抗渗性能,首先,要认识孔隙度形成及其对混凝土抗渗性能的影响,以便采取有效措施,减少孔隙的数量,改变孔的结构,提高混凝土的密实性。其次,要认识硬化过程中产生的微裂缝对混凝土抗渗性能的影响,以便采取有效措施,减少离析和收缩,避免裂缝的形成。
        (二)混凝土的离析
        混凝土的离析是指混凝土拌合物中各组分分离,造成不均匀和失去连续性的现象。主要是构成拌合物的各种固体粒子大小、比重不同引起的。混凝土拌合物的离析大体上分为施工作业中产生的和浇灌后产生的两种。离析的产生与水灰比、石子的粒径有很大的关系,选用较小的水灰比和干硬性混凝土,再掺入适量的外加剂,可以有效地减少混凝土的离析现象,增大抗渗性能。
        二、混凝土抗渗性能及缺陷产生原因
        混凝土是一种非匀质多孔性材料,决定其耐久性的内在因素主要是混凝土的化学性质及其微观的结构缺陷。混凝土的实际使用性能取决于混凝土的结构缺陷,其缺陷主要表现在混凝土内部的孔隙和微细裂缝,形成缺陷的原因通常如下:
        (1)水灰比,实际应用中,水灰比一般在0.5以上,远大于理论值0.3,这些多余的水一部分蒸发出去,留下孔隙,使混凝土的结构疏松,造成混凝土的后期收缩裂缝;
        (2)水泥由于表面电荷的作用,不易被水充分润湿,分散困难,一方面加大水灰比,另一方面也使水泥一水泥、水泥一集料的界面结合不良,形成界面缺陷;
        (3)水泥水化反应是放热反应,产生热量,造成混凝土的内外温差(大体积混凝土尤甚),产生热应力变形,形成裂缝;
        (4)水泥硬化过程中存在体积收缩,由于硬化时水泥的抗拉强度不足,产生裂缝,伴随龄期增长,混凝土也发生收缩,并且随水灰比增大而增大,也会产生裂缝;
        (5)钢筋混凝土的施工中由于钢筋的阻碍,以及混凝土浆料中各组分的沉降速率不同,产生沉降裂缝;
        (6)混凝土拌制过程中,由于机械作用,产生气泡,振捣工艺不可能完全消除气泡,小气泡汇成大气泡,最后形成孔隙;
        (7)实验室的混凝土与现场浇灌的混凝土存在差异差异的大小决定了实验室的结果能否如实反映混凝土的实际质量,尤其是热应力缺陷很难在实验室发现。
        三、高寒潮汐复杂环境下超长自防水混凝土原料选用
        在高寒潮汐复杂环境下,衬砌混凝土由于与地下水相接触,受到水中硫酸根离子、氯离子的物理化学作用,同时由于高寒冻融作用,易使混凝土耐用年限大大缩短,易出现混凝土剥落、开裂、露筋、渗漏等现象。

因此,配制的混凝土除满足强度及拌和物和易性等要求外,尚应根据工程实际,具备抗渗性、抗蚀性、抗冻性、防止钢筋锈蚀等混凝土耐久性能。
        (1)水泥
        水泥是凝结硬化生长强度的基本材料。为确保低水胶比,并能使掺加的外加剂和掺合料达到改善混凝土性能的目的,应优先选用早强型硅酸盐水泥,以满足每立方米混凝土相当的胶凝材料量及低水灰比的要求,水泥中的含碱量控制在0.5%以下。其各项性能指标应符合现行国家标准。
        (2)外加剂
        采用山西建华BR-2增强防水防蚀剂(粉状剂)。减水率大于18%,渗透高度比小于28%,抗蚀系数大于0.96(参照《水泥抗硫酸盐侵蚀快速试验方法》(GB 2420-81)测定),总碱含量0.4%,推荐掺量6%~8%。混凝土强度:与基准试件相比,7d增加26%以上,28d增加15%以上。
        (3)细骨料
        选用质地坚硬、级配良好的中砂,其细度模数在2.5~3.2为宜,含泥量应不超过2%。其他技术指标应符合《普通混凝土用砂质量标准及检验方法》(JGJ52-92)的规定。必须进行碱活性检验,确认无碱活性时方可使用。
        (4)粗骨料
        选用质地坚硬、级配良好的骨料。骨料母材的抗压强度应比所配制的混凝土强度高1倍以上,粒级范围以5~31.5mm的连续级配为宜,含泥量不大于1%。其他技术指标应符合《普通混凝土用碎石质量标准及检验方法》(JGJ53-92)的规定。必须进行碱活性检验,确认无碱活性时方可使用。
        (5)粉煤灰
        技术指标应符合《粉煤灰混凝土应用技术规范》(GBJ146-90)中对Ⅰ级粉煤灰的要求,细度(45μm方孔筛筛余)≤20%,需水量比≤105%,烧失量≤8%,三氧化硫含量≤3%。
        (6)拌合水
        饮用水,pH值接近中性。
        四、混凝土配合比选择
        试配强度、水灰比(水胶比)取值遵照《普通混凝土配合比设计规程》(JGJ55-2000)的规定,增加必要的外加剂和掺合料,以改善混凝土的性能。
        (1)混凝土试配强度必须超过设计要求的强度标准值以满足强度保证率的需要,其超出的数值应根据混凝土强度标准差而定。
        (2)低水胶比是高性能混凝土的配制特点之一,它关系到是否能够保证混凝土的密实度,防止含腐蚀性气体渗人,从而达到耐久性要求。混凝土强度仍与水胶比及使用的水泥强度成线性关系,仍然符合保罗米公式理论,只是因掺加的磨细掺合料改善了胶凝材料的级配,混凝土内密实,胶结强度提高。
        (3)在和易性允许的条件下,混凝土的单位用水量应尽可能小。混凝土的单位用水量取决于骨料最大粒径和混凝土的坍落度。但高性能混凝土由于骨料最大粒径和坍落度波动范围不大,而且坍落度可通过调整外加剂用量来控制。最主要的还是考虑高效减水剂的质量和用量以及掺合料的关系。
        (4)根据混凝土不同等级及灌筑的部位取值,C30级混凝土取38%-40%,C25级混凝土取36%-38%。
        选择混凝土配合比的工作应尽早进行。配合比确定后,在备料储存中,水泥要注意防潮,一旦受潮,结块变质或超过保质期时,不能降低标号使用,否则将由于水泥水化作用不符合要求而影响混凝土的抗渗性。砂子和石子的含泥量应严格按照施工规范规定,限值在1%和3%以内,如果砂、石含泥量过高将加大混凝土的收缩,降低混凝土的抗渗性能。
        结语
        针对高寒潮汐等复杂环境的特殊要求,结合施工实际,应用自防水混凝土配合比设计方法和双掺技术实现低水灰比、高耐久性,解决了技术上的难题,取得了明显的经济及社会效益,为在高海拔、高寒、强侵蚀环境工程混凝土的防水、防蚀作了有益的探索。
        参考文献
        [1]董肖松.盐溶液干湿循环作用下CFRP-混凝土界面粘结性能试验研究[D].大连理工大学,2014.
        [2]贲勇.自防水混凝土抗渗性能的探讨[J].山西建筑,2009,35(6):195-196.
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