C30水下防腐蚀混凝土配合比设计及应用
0引言
建筑结构防腐与裂缝控制是一个系统工程，近10年来，我国桥梁工程向长期化、复杂化发展。混凝土强度等级从C30向C50发展，这些因素导致钢筋混凝土结构开裂的机率增多。
大多数土壤中都含有一些硫酸盐，若硫酸盐浓度低，则对混凝土不会产生太大的影响；若硫酸盐浓度高，则可对建筑物或构筑物的地下部分，如桥梁、隧道、涵洞和房屋的基础产生显著的破坏作用。这种破坏可能以膨胀形式出现而导致结构位移。硫酸盐膨胀也可使混凝土中的水泥水化产物丧失胶凝性，呈酥松状或糊状。
1工程概况
滨海新区响螺湾片区-海河开启桥工程横跨海河，位于响螺湾与于家堡之间，西起坨场南道跨过海河东至永泰路，起讫桩号为TCNK1+.，终点桩号为TCNK2+。其中道路m，桥梁全长.8m，大桥引桥上部结构采用简支变连续小箱梁，下部结构为异形桥墩、钻孔灌注桩基础。主桥梁为开启桥，净跨68m，结构设计为立转式钢结构悬臂梁。
本项工程为天津市跨海河的沿海工程，桥址位于海河入海口附近河水的腐蚀性较强。表1是地质勘查所取地下水的水样分析结果。
2硫酸盐腐蚀机理
硫酸盐腐蚀是指环境中的SO42-与硬化水泥浆的某些组分(水化硫铝酸钙、氢氧化钙)起化学反应，生成二水石膏或钙钒石，其相同体积比反应物增加1倍多，在水泥石内部产生很大的膨胀应力，造成混凝土膨胀开裂以至毁坏。环境水中的SO42-含量不同，能使硬化水泥浆产生不同性质的腐蚀，当SO42-浓度较低时，它使硬化水泥浆产生硫铝酸钙腐蚀，当SO42-浓度mg/L时，除了硫铝酸钙腐蚀外，还会产生石膏型的腐蚀。
从腐蚀的实际过程来看，硫铝酸钙腐蚀是由于生成钙矾石，最初使硬化水泥浆变成密实，强度增加。但随着钙矾石生成量的继续增多，产生局部膨胀压力，使结构胀裂，强度下降而破坏，在遭受硫铝酸钙腐蚀的试体上面可看到较大裂缝，而石膏的腐蚀是先经历一个强度降低的过程，继之膨胀、开裂。混凝土后期膨胀出现裂缝，主要原因是:
(1)水泥中游离CaO过高，Ca(OH)2体积膨胀所致。
(2)水泥中MgO过高，Mg(OH)2体积膨胀所致。
(3)水泥和外加剂碱含量过高，与集料中活性硅等发生碱-集料反应所致。
(4)有害离子Cl-、Mg2+等侵入混凝土内部，导致钢筋锈蚀或形成二次钙矾石膨胀破坏所致。
3防腐蚀混凝土配合比设计
3.1防腐蚀混凝土原材料的选择
考虑混凝土防腐主要是材料的耐久性，因为耐久性对结构的维修和更新费用，有重大经济意义。耐久性被定义为材料在给定的环境条件下的使用年限。一般密实的或不透水的混凝土具有长期的耐久性，而取决于它的配合比、捣实的程度和养护及正常环境的温度和湿度。
在以往工程中采用抗硫酸盐水泥配制防腐混凝土。但由于抗硫酸盐水泥作为特种水泥，目前国内生产厂家生产规模较小，并受工艺、运距、数量、价格较高等因素影响，制约了防腐混凝土的发展。而我们利用普通硅酸盐水泥和SRA-1防腐剂和优质粉煤灰，配制防腐混凝土并应用到天津海河开启桥工程上，既解决了混凝土的防腐问题，又降低了混凝土成本，取得了较好的经济和社会效益。
3.1.1水泥
国内外有关资料的分析表明，在水泥的各个主要矿物组成中，C3A的含量大小对水泥的抗硫酸盐侵蚀能力影响最大，其次取决于C3S含量。
防腐混凝土使用的水泥除物理性能满足标准要求外，其C3A含量不超过8%，同时为防止碱集料反应，应尽量采用低碱水泥,我们选用了唐山冀东P.O42.5水泥。
3.1.2粉煤灰
在本项的混凝土施工过程中，掺入一定量的粉煤灰，这样可改善混凝土的抗腐蚀性能，因为首先用火山灰质混合材将降低水泥中的C3A和C3S的含量，相当于在混凝土中所用的胶结材料是低C3A和低C3S的水泥。其次这些火山灰质混合材的水泥水化过程中产生Ca(OH)2，引起化学反应生成C-S-H凝胶，除了消除一部分Ca(OH)2外，还能提高强度。Ca(OH)2的消除将减轻其膨胀危害，强度的提高则能限制其膨胀。C-S-H凝胶的产生使结构致密，降低了SO42-渗透进混凝土的能力。所以我们选用了天津海得润滋建材有限公司Ⅱ级粉煤灰。
3.1.3砂
为降低混凝土中的Cl-含量，我们选用了级配良好、含泥量等符合标准的福州江砂。
3.1.4碎石
破碎的岩石表面具有粗糙结构，粗糙度取决于岩石类型及所选择的破碎设备。破碎的骨料含有相当数量的扁平和长条颗粒，这类颗粒对混凝土许多性质起不良影响。要对碎石的针片状含量严格控制，选用针片状含量10%的蓟县5mm-25mm连续级配碎石。
3.1.5防腐剂
为了抑制混凝土的侵蚀，并对市场进行调查，我们选定了SRA-1防腐剂，此剂具有一定的引气功能，在混凝土中形成大量的密闭、均匀的微气孔，改善了混凝土的孔结构，提高了混凝土的密实度。
3.2配合比计算
3.2.1计算水泥用量、粉煤灰用量
根据防腐混凝土施工工艺要求确定坍落度为mm-mm。通过混凝土拌合物性能试验选择用水量kg/m3。
粉煤灰采用外加法，掺入量为水泥用量的33.3%。
胶凝材料用量C0+Fm=/0.45=kg。
水泥用量C0=kg。
粉煤灰用量Fm=C0×33.3%=kg。
3.2.2计算砂石用量
按假定容量法2kg/m3计算，砂率取37.0%。砂用量Sm=kg，碎石用量G0=kg
3.2.3计算减水剂用量
按计算的水泥用量C0计算外加剂用量，按2.73%最佳掺量掺入。
3.2.4计算防腐剂用量
按计算的水泥用量C0计算外加剂用量，按2.73%最佳掺量掺入。
4应用效果
在施工过程中我们对防腐混凝土的试件进行了抗渗试验,水压力加至1.1kPa时,试件均未出现渗水,其抗渗等级全部能够满足要求,同时其相对应的混凝土试件进行抗压强度试验,其强度等级也达到了设计要求。另外参照美国ASTM标准，进行了混凝土抗硫酸盐腐蚀干湿循环试验：（1）按设计要求的混凝土配合比浇筑成型10cm×10cm×10cm的混凝土试件，标准养护28d。（2）进行干湿循环试验：在5%NaSO4溶液中浸泡16h，取出晾干1h；放入80℃烘箱中烘干6h，冷却1h后称重，一个循环为24h。（3）每10次用NM-3B非金属超声检测分析仪测定纵向波速度，最后以50次循环后，混凝土试件质量损失小于5%且强度损失小于25%，抗硫酸盐侵蚀性能满足要求。
5结语
通过对混凝土机理的研究和环境的分析，结合试验数据，确定了通过掺入外加剂进行有机补偿和施工合理的控制，对增强混凝土的耐久性、延长混凝土建筑物使用寿命具有很强的现实意义。同时通过环保角度和避免重复建设角度考虑，防腐蚀混凝土的前景令人乐观，具有较高的经济价值。
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