基樁混凝土配方設(shè)計(jì)及耐腐蝕性研究范文

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【摘要】對(duì)穗莞深城際鐵路松福路3號(hào)特大橋C50樁基混凝土進(jìn)行設(shè)計(jì)研究，主要分析闡述配合比的設(shè)計(jì)原理、原材料性能、不同配合比設(shè)計(jì)的可能性，并研究配比混凝土硬化后的耐腐蝕性。結(jié)果表明：適配的1配合比各項(xiàng)指標(biāo)滿足設(shè)計(jì)和標(biāo)準(zhǔn)要求。該配比實(shí)測(cè)表觀密度2390kg/m3與理論表觀密度2380kg/m3比較相符，通過(guò)海水腐蝕試驗(yàn)，在海水環(huán)境下的1配合比混凝土強(qiáng)度性能較好，自身結(jié)構(gòu)緊密，對(duì)鹽類的腐蝕具有較強(qiáng)的抵抗作用，混凝土的強(qiáng)度得到了提升。

【關(guān)鍵詞】混凝土；抗腐蝕性；配方設(shè)計(jì)；水下基樁

1引言

隨著近年來(lái)鐵路建設(shè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，鐵路橋梁建設(shè)也得到了同步發(fā)展。部分鐵路大橋臨近海邊，由于橋梁建設(shè)屬于露天工程，混凝土橋梁會(huì)受到海洋氣候環(huán)境的影響，混凝土在鹽水侵蝕和沖刷作用下被加劇腐蝕。通常的研究都集中在混凝土的強(qiáng)度上，忽視了沿海特有的環(huán)境因素，沿海地區(qū)部分的橋梁因混凝土劣化腐蝕導(dǎo)致發(fā)生崩塌事故。根據(jù)事故調(diào)查報(bào)告顯示，海水腐蝕造成混凝土劣化主要原因是配方設(shè)計(jì)不合理、原材料技術(shù)指標(biāo)不達(dá)標(biāo)、防護(hù)措施不充分等[6～10]。混凝土被海水腐蝕大大降低了混凝土的使用壽命，因此對(duì)沿海地區(qū)混凝土的防腐性研究非常重要。穗莞深城際鐵路松福路3號(hào)特大橋全長(zhǎng)590.55m。根據(jù)設(shè)計(jì)要求樁基混凝土的設(shè)計(jì)使用壽命為100年，環(huán)境類別等級(jí)為L(zhǎng)3、H2、Y3，鋼筋混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C50。本文對(duì)穗莞深城際鐵路松福路3號(hào)特大橋C50樁基混凝土進(jìn)行設(shè)計(jì)研究，主要分析闡述配合比的設(shè)計(jì)原理、原材料性能、不同配合比設(shè)計(jì)的可能性，并研究配比混凝土硬化后的耐腐蝕性。

2配方設(shè)計(jì)原理

水泥水化的高堿性使混凝土中的鋼筋表面生成一層致密的氧化物保護(hù)膜即鈍化膜，起到隔絕氧氣和水的作用，從而保護(hù)鋼筋不受侵蝕。沿海環(huán)境的鋼筋侵蝕主要是氯離子的侵蝕作用，鈍化膜只有在高堿性環(huán)境中才是穩(wěn)定的，當(dāng)從混凝土中侵蝕到鋼筋表面的氯離子達(dá)到一定界限后，就會(huì)破壞鈍化膜，與鋼筋產(chǎn)生電化學(xué)反應(yīng)，在陽(yáng)極，鐵逐漸離子化；在陰極，水中的O2吸收從陽(yáng)極流過(guò)來(lái)的電子從而形成OH-離子，OH-離子遷移至陽(yáng)極與Fe2+生成Fe(OH)2銹膜，然后再與水和氧氣結(jié)合生成鐵銹。在鋼筋銹蝕過(guò)程中氯離子只參與了過(guò)程，起到加速反應(yīng)的作用，總量并沒(méi)有減少，反而會(huì)周而復(fù)始地參與到鋼筋侵蝕的過(guò)程中去。空氣中的CO2或海水中游離的CO2通過(guò)混凝土空隙擴(kuò)散到混凝土內(nèi)部與Ca(OH)2反應(yīng)，使混凝土堿度降低的過(guò)程即為混凝土的碳化，當(dāng)混凝土堿度降低后鋼筋就易銹蝕膨脹并脹裂混凝土。鋼筋阻銹劑參入混凝土中可以阻止或延緩鋼筋銹蝕，從而延長(zhǎng)了鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的壽命。它能使鋼筋表面形成氧化物鈍化膜，并修補(bǔ)鋼筋表面的缺陷，使鋼筋表面被氧化物鈍化膜所包裹，致密性穩(wěn)定性良好，能阻止氯離子的穿透，降低鐵離子的游離速度，從而達(dá)到阻銹的目的。混凝土摻合料能通過(guò)改善水泥膠凝材料的組成、數(shù)量、顆粒級(jí)配等，來(lái)提高混凝土強(qiáng)度、耐久性，改善混凝土和易性和體積穩(wěn)定性，粉煤灰的化學(xué)活性相對(duì)較低，當(dāng)摻量較高的情況下，對(duì)混凝土的早期強(qiáng)度影響較大。為彌補(bǔ)粉煤灰的這一缺陷，加入復(fù)合型較高的磨細(xì)礦渣粉。粉煤灰復(fù)合礦渣粉后提高了火山灰活性效應(yīng)，增加了體系中微粒間的化學(xué)交互，誘導(dǎo)激發(fā)作用，因此提高了粉體的化學(xué)活性。

3配合比選定

3.1確定混凝土配制強(qiáng)度

fcu,o依據(jù)《鐵路橋涵工程施工技術(shù)指南》（鐵建設(shè)[2010]241號(hào)），水下混凝土的設(shè)計(jì)強(qiáng)度應(yīng)較在一般設(shè)計(jì)強(qiáng)度的基礎(chǔ)上再提高15%，本次設(shè)計(jì)取15%。所以C50水下混凝土的立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值fcu,k=50×（1+15%）=57.5MPa。fcu,o≥fcu,k+1.645σ=57.5+1.645×6=67.4MPa式中，fcu,o為混凝土配置強(qiáng)度，MPa；fcu,k為混凝土的設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)值，MPa；б為混凝土強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差，取6MPa。

3.2確定基準(zhǔn)水膠比

W/B根據(jù)環(huán)境作用等級(jí)L3、H2、Y3的要求，水膠比不應(yīng)大于0.36，根據(jù)前期試配情況，選擇基準(zhǔn)水膠比為0.31，另設(shè)復(fù)核水膠比分別為0.29、0.33。

3.3確定基準(zhǔn)用水量

根據(jù)《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》（JGJ55—2011）和前期試配情況，確定基準(zhǔn)用水量為145kg/m3。

3.4確定膠凝材料用量

（mbo）1-1配合比的膠凝材料為：mbo=145/0.29=500kg/m3，1-2配合比的膠凝材料為：mbo=145/0.31=468kg/m3，1-3配合比的膠凝材料為：mbo=145/0.33=439kg/m3。

3.5確定摻合料用量

（mfo）為提高混凝土的耐久性、改善混凝土和易性、降低結(jié)構(gòu)的水化熱，在水下抗侵蝕混凝土中摻加粉煤灰和礦粉，摻量βf分別為膠凝材料總質(zhì)量的25%、15%，采用等量取代法。各級(jí)粉煤灰用量：1-1配合比粉煤灰用量為mfof=mbo×βf=500×0.25=125kg/m31-2配合比粉煤灰用量為mfof=mbo×βf=468×0.25=117kg/m31-3配合比粉煤灰用量為mfof=mbo×βf=439×0.25=110kg/m3各級(jí)礦渣粉用量：1-1配合比礦渣粉用量為mfok=mbo×βf=500×0.15=75kg/m31-2配合比礦渣粉用量為mfok=mbo×βf=468×0.15=70kg/m31-3配合比礦渣粉用量為mfok=mbo×βf=439×0.15=66kg/m3。

3.6確定水泥用量

（mco）1-1配合比水泥用量為mco=mbo-mfof-mfok=500-125-75=300kg/m31-2配合比水泥用量為mco=mbo-mfof-mfok=468-117-70=281kg/m31-3配合比水泥用量為mco=mbo-mfof-mfok=439-110-66=264kg/m33.7砂率的確定（βs）根據(jù)《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》（JGJ55—2011）規(guī)定和前期試配情況，基準(zhǔn)配合比砂率選擇為40%、41%、42%。

3.8NOF-AS聚羧酸系減水劑的摻量

1）配合比減水劑的摻量均為膠凝材料質(zhì)量的1.0%，配合比1-1、1-2、1-3的外加劑用量分別為：5.00kg/m3、4.68kg/m3、4.39kg/m3。

2）JB-ZXA型阻銹劑的摻量根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙要求環(huán)境類別為L(zhǎng)3、H2、Y3環(huán)境時(shí)，樁基混凝土需外摻阻銹劑，其阻銹劑摻量為水泥材料質(zhì)量的2.0%，配合比1-1、1-2、1-3的外加劑用量分別為：6.0kg/m3、5.61kg/m3、5.27kg/m3。

3.9粗、細(xì)骨料的確定

粗、細(xì)骨料用量的確定采用質(zhì)量法進(jìn)行計(jì)算，配合比1-1、1-2、1-3的假定表觀密度mcp為2380kg/m3。為計(jì)算配合比每立方米混凝土膠凝材料質(zhì)量，kg/m3；mso為計(jì)算配合比每立方米混凝土細(xì)骨料質(zhì)量，kg/m3；mgo為計(jì)算配合比每立方米混凝土粗骨料質(zhì)量，kg/m3；mwo為計(jì)算配合比每立方米混凝土水質(zhì)量，kg/m3；mwjo為計(jì)算配合比每立方米混凝土外加劑質(zhì)量，kg/m3。可計(jì)算各配合比的粗、細(xì)骨料用量：1-1的粗、細(xì)骨料用量分別為1041kg/m3、694kg/m31-2的粗、細(xì)骨料用量分別為1043kg/m3、725kg/m31-3的粗、細(xì)骨料用量分別為1141kg/m3、754kg/m3準(zhǔn)要求。該配比實(shí)測(cè)表觀密度2390kg/m3與理論表觀密度2380kg/m3比較相符合，故混凝土配合比不需做修正。綜合考慮技術(shù)條件、經(jīng)濟(jì)因素和施工水平選定，該1配合比可作為C50水下基樁混凝土理論配合比。

4耐海水腐蝕試驗(yàn)

對(duì)選定的配方進(jìn)行耐海水腐蝕測(cè)試，配置人工海水。配置人工海水中NaCl為120g/L，MgCl2為11g/L，MgSO4•7H2O為20g/L，CaSO4為10g/L，KHCO3為3.6g/L。將硬化后的混凝土放入配置好的溶液，為保證溶液溶度，每月更換一次腐蝕溶液。浸泡一定時(shí)間后取出測(cè)試混凝土的抗折、抗壓強(qiáng)度，并觀察試樣的表面狀況。

5結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)穗莞深城際鐵路松福路3號(hào)特大橋的L3、H2、Y3環(huán)境下的水下樁基自密實(shí)混凝土的設(shè)計(jì)原理、原材料性能、配合比的選定和試驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析。通過(guò)試驗(yàn)得到的配比1各項(xiàng)指標(biāo)滿足設(shè)計(jì)和標(biāo)準(zhǔn)要求。該配比實(shí)測(cè)表觀密度2390kg/m3與理論表觀密度2380kg/m3比較相符，在海水環(huán)境下的配比1混凝土強(qiáng)度性能較好，對(duì)鹽類的腐蝕具有較強(qiáng)的抵抗作用，混凝土的強(qiáng)度得到了提升。為類似的混凝土配合比設(shè)計(jì)提供有益的借鑒。

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作者：吳鵬 單位：中鐵十四局集團(tuán)有限公司