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行业新闻 2020-01-01 14:13

  海水拌养混凝土耐久性试验与应用_建筑/土木_工程科技_专业资料。第26卷第4期 2008年11月 海 1lIE OC队N ENGINE删NG 洋 工 程 V01.26 No.4 Nov.2懈 文章编号:1005.9865(2008)04-0102-

  第26卷第4期 2008年11月 海 1lIE OC队N ENGINE删NG 洋 工 程 V01.26 No.4 Nov.2懈 文章编号:1005.9865(2008)04-0102-05 海水拌养混凝土耐久性试验与应用 陈兆林,唐筱宁,孙国峰,柳玉良 (海军工程设计研究院工程综合试验研究中心,山东青岛266100) 摘要:通过对海水拌养混凝土耐海水侵蚀试验和海水中化学成分对水泥胶砂与骨料的影响分析,以及海水拌养混凝土的工 程应用与调查结合长龄期强度跟踪观测,研究r海水拌养素混凝土的耐久性。旨在为淡水资源匮乏的海岛工程建设应用海 水拌养混凝土,减少从大陆船运施工用淡水,节省工程投资提供资料。▪️•★ 关键词:海水拌养混凝土;海水腐蚀研究;耐久性试验;长龄期观测 中图分类号:TU37 文献标识码:A Research on durability and application of seawater concrete CHEN Zhao—lin,TANG Xiao-ning,SUN Guo-feng,LIU Yu—liang (Composite Engineering Experiment and Research Center,Navy E嚼neering Design and Research Institute,Qingdao 266100,China) Altaraet:In the test of resisting Off seawater erosion,the durability of plain seawater concrete was studied considering the influence of out seawater chemical eomlxHition cementing ability,cement and eoncree sand.Fttrthermore,a long—term strength observation w“carried stone or in its project ap- plication.We earl substitate stmwater structure water can with coral.bruken water iver sand for freshwater concrete if construction quality.reasonal,le help island proportions and compact ment be ensured.As fresh is in very short supply.this technique call projeels save invest- by shippittg less fresh from mainland. on Key words:seawater concrete;research of seawater erosion;test durability;long-term observation 在远离陆地缺淡水的海岛上,有时不得不用海水拌养混凝土修建工程。由于海水中含有某些盐类,对水 泥的水化和硬化有一定影响,所以海水拌养混凝土耐久性问题,一直是受到关注的研究课题。针对海水中的 主要化学成分一氯盐、○▲硫酸盐、镁盐和二氧化碳对}昆凝土的腐蚀进行分析,并采用海水拌养混凝土与淡水拌 养混凝土在不同养护和环境条件下进行强度试验观测比较,同时作长龄期的观测和耐久性研究,旨在为海岛 工程建设提供技术参考资料。 1海水拌养混凝土耐海水侵蚀试验 用海水拌养混凝土,水泥石(水泥胶结层)受海水侵蚀,可能产生各种不同程度破坏,这种破坏必然会在 宏观上反映到水泥石或水泥混凝土强度上来。为此进行了两批强度对比试验,一批是以国家标准试验砂(福 建平潭标准砂)为细骨料,按水泥标号的测定方法制成尺寸为40 mm×40 mm×60 nlm的水泥胶砂试件,分别 用海水和淡水进行拌和及试件浸泡养护。采用洁净的标准砂是为了排除骨料因素的干扰,单纯观察海水对 硅酸盐水泥长期强度的影响。另一批是以花岗岩碎石、普通河砂为粗、细骨料,制成尺寸为100 ×100 HⅡn×1(30 lIlm mm的混凝土试件,分别用海水拌和——海水浸泡,海水拌和——盐雾环境养护。海水为自然海水,试 验及养护温度为23%±2℃,盐雾环境模拟为海水容器中放支架,支架上面放试验用混凝土试块,并用塑料 收稿日期:2007-07.1l 作者简介:陈兆林(1949一),男,江苏阜宁人,高级工程师.主要从事港u上程及混凝土科学研究。 万 方数据 第4期 陈兆林,等:海水拌养混凝土耐久性试验与应用 103 薄膜罩子将装有海水的容器盖好模拟盐雾环境二对比组采用淡水拌和——淡水浸泡,观察不同拌和及/fi同 环境条件F混凝土长期强度的影响。 1.1海水拌和与长期浸泡对硅酸盐水泥胶砂强度的影响 试验采用标准砂为细骨料,水泥采用五羊牌525#硅酸盐水泥(C3A平均含量为4.97%),分别用海水、 淡水进行拌和与360 d的海水、淡水环境的浸泡,观察与分析其水泥胶砂抗海水腐蚀试验的抗压强度数据列 于表1,不|一】龄期下,抗压强度的增长情况绘于图1。 表l水泥胶砂(用标准砂)的抗海水侵蚀试验结果 Tab.1 Test results of concrete mortar’s resistibility for seawater erosion(wim standard sand) 山 羔 、 西 型 疆 崮 搐 图I水泥股砂抗压强度 lqg.1 Incre'a.se t?U-FVe of cement mortal"’s compressive strengtll 试验结果表明: 1)同龄期时,海水拌养与淡水拌养的水泥胶砂强度比值,随龄期的增大而下降,抗压的比值在28 d后出 现小于l,360 d龄期时比值为0.87。即在同龄期下,抗压强度28 d前海水拌养的高于淡水拌养的,在28 d后 出现的增长曲线海水拌养的低于淡水拌养的。 2)以28 d水泥胶砂强度为100%,来计算不同龄期下的强度百分率。可以看出,海水拌养的水泥胶砂早 期强度增长快,以后逐渐减慢,并趋于稳定,但强度没 有出现下降的趋势。说明海水拌和有利于水泥早期强 度的形成,长期浸泡达360 d,未有可见的腐蚀破坏。 1.2海水拌和及-K期海洋环境对混凝土强度的影响 为了观测海水、淡水拌和混凝土在模拟的海洋环 境及淡水中的抗压强度试验结果。比较海水拌养混凝 土与同条件下淡水拌养混凝土的强度增长变化情况, 分析海水拌和及长期海洋环境对混凝土强度的影响。 试验共制作了工程中常用的两个强度等级(C20、c30) 混凝土试块16组,每组3块,所用粗骨料为粒径5~20 111m花岗岩碎石,细骨料为普通河砂,水泥为525#红 水河牌普通硅酸盐水泥。其抗压强度测试结果列于表 2,不同龄期的抗压强度增长绘于图2。 ^ 50} 名。。i 一。菇==—乏、三习普c30 三…l。.二.,≮:二孑_萎:三三:二三一岗-普C20 蠢30 I主t≥二多一 。——海拌海养 暴,.f “[0,▲●…△二二囊葬萋蓁养 10; 1 ,., :!::. “ . 。 。时问,’。★△◁◁▽▼仰’ 图2混凝土不同环境条件下的强度增长曲线”吨“gLh… 拙。m 89”“。州”1一 万 方数据 104 海 洋 工 程 第26卷 通过360 d龄期的试验结果表明: 1)以淡水拌和——淡水浸泡的抗压强度为基数,海水拌和——海水浸泡或盐雾条件下的强度相对值,△ c30(平均1.06)、C20(平均1.0)均大于或等于1,说明用海水拌和并长期处于海洋环境中的混凝土,未出现化 学侵蚀破坏的迹象。 2)不同龄期的强度 增长率以28 d抗压强度为基数。无论以何种拌和及处在何种环境条件下,其抗压强度均随龄期的增长 而增大。360 d龄期的强度增长率的大小顺序为:{230(+22~32%)、{220(+17~30%),试验表明,■□强度等级 越高的混凝土随龄期增长的强度增长潜力越大。 表2混凝土抗海水侵蚀的试验结果 Tab.2 Test results of a明MTete’s resisabmty for seawater erosion 1.3海水拌养混凝土实际应用环境长龄期强度测试 1989年11月某海岛在海水拌养?昆凝土应用的工程施工中,混凝土所用原材料,水泥为广西黎塘红水河 牌525#普通硅酸盐水泥,粗、细骨料为当地岛礁上的珊瑚礁、珊瑚砂,拌和和养护用水为工程就近海区的自 然海水。其配合比共采用A和B两个配合比,施工中预留r试验观测j_{=I试块放置工程附近,与工程所处自 然环境条件基本相同。另还在另一T地将海水拌养混凝土的骨料改为大陆船运的普通碎石、河砂,其他条件 完全一样,配合比采用C配比。L述A、B、c三个配合比的工程应用和试块的氏龄期观测见表3。 表3某岛海水拌养混凝土工程应用强度测试 Tab.3 Strengaa measurement of the seawater concrete applied in an island project 注:①骨料珊瑚礁砂为开挖港池航道挖掘出来的自然级配混合级(去掉大礁块),是由施工现场料堆上取样抽测的,含水率 ll%,混凝土砂率40%;②外加剂掺量为水泥重量的0.8%,•☆■▲外加剂基本不舍硫酸钠;③长龄期试块试验观测是将现场施工 中抽测成型的海水拌养混凝土试块用铁笼子固定在工程建筑物旁,与工程建筑物所处自然环境条件基本一致.然后按设 定龄期取出作抗压强度试验。 2海水拌养对混凝土耐久性影响分析 海水拌养混凝土与淡水拌养混凝土的差异在于海水中存在一些盐类,对混凝土的性能有~定的影响。 但是,通过试验和大量的工程应用调查…,发现对于素混凝土海水拌养对混凝土的耐久性影响不大,相当于 在混凝土中加入了无机盐类的外加剂,使混凝土早期强度有所提高。由于海水中一般无机盐类离子的量相 对较少,所以对后期强度影响很小。我国交通部《水运工程混凝土施工规范))(JTJ268—96)第3.6.2中规定, 万 方数据 第4期 陈兆林,等:海水拌养混凝土耐久性试验li应用 105 在缺乏淡水的地区,素混凝土允许采用海水拌和,对于有抗冻性要求的,水灰比应降低0.05。大量的用海水 拌养与淡水拌养的素混凝土试验及工程应用实践也证明,海水拌养混凝土与淡水拌养混凝土,其性能没有多 少差别。 2.1海水拌养对混凝土中骨料的影响分析 海水中的一些离子对混凝土的粗、细骨料——碎石、河砂腐蚀作用/fi大,海水对质地坚硬致密的花岗岩 等碎石和天然河砂不会产生不利的影响。对于岛礁工程中海水拌养珊瑚礁砂混凝土,因珊瑚礁、砂骨料本身 就生存于海水环境中,其主要成分为碳酸钙,海水对其无不利影响一}。 2.2海水中的主要化学成分对混凝土腐蚀破坏影响分析 根据国内外海水拌养混凝土试验研究成果13-,结合工程使用实践和海水中的主要化学成分检测数据,简 要分析海水中主要化学成分对混凝土腐蚀破坏的影响。 1)氯离子对混凝土的影响 氯离子(CL一)在水泥混凝土中可以与未水化水泥中的铝酸钙反应,▼▼▽●▽●生成水化氯铝酸钙(3CaO?AI,03?Ca. C12-10n20)。但氯铝酸钙很难生成,因为在硫酸盐存在的情况下,钙矾石优先生成。即使生成氯铝酸钙,它 也以良好结晶的六方板状存在于孔中,并不引起强度损失。试验研究发现在海水中,氯铝酸钙的结晶延缓了 对混凝土的侵蚀。cL一还可以通过毛细孔渗入混凝土内部,如果混凝土不密实,就会导致钢筋混凝土中的钢 筋锈蚀,从而使混凝土破坏HJ。而对于素?昆凝土,由于氯离子的存在,延缓和减弱了海水对混凝土的侵蚀,因 此,海水中的氯离子对素混凝土可不考虑其不利影响。 2)硫酸盐对混凝土的影响 海水中硫酸盐(硫酸根离子s暖一)的侵蚀是形成水化硫铝酸钙(3CaO?A1203?3CaS04?31H20)。一般来 讲,这种产物应该发生体积膨胀,使混凝土开裂膨胀,但在海洋混凝土中尚未发现有这种现象。受海水侵蚀 时混凝土不发生膨胀,这与试验室的硫酸盐浸泡试验结果很不相同。这是因为海水中有阻止膨胀的氯盐存 在,能提高硫酸钙及水化铝酸钙的溶解度,因而被波浪海流作用下的海水析出。相反,在试验窜中,它们保持 在静止状态的硫酸盐液体原处不能被析出,所以引起膨胀。因此,海水中氯离子的存在减少或抑制膨胀破坏 作用;中国建材研究院研究还发现在海水混凝土中,观察到一种钙矾石的变体,这种钙矾石含Si02可达5%, 氯化物0.2%,并含小的六方棒状晶体穿插在C,S.H中,它呈球状,有六方棒状转变而成,或呈很长的针形束, 这种类型钙矾石的生成被认为是有可能导致混凝土破坏的。但是经工程实践证明,如果制备比较致密、质量 很好的混凝土,这种破坏作用会很弱,因为通常海水中的s弼一与c1一相比是比较低的。实测的海水中硫酸 根离子(soi4一)为2.608 mg/nd,而氯离子(CI.一)为33.52 rag/mr,所以,工程中质量很好的素混凝土这种破坏 作用可以不考虑。 3)镁离子(M92+)对混凝土的影响 镁离子(M孑+)在海水中是和水泥石的Ca(OH)2作用,形成溶解度较低的Mg(OH)2,这些Mg(OH)2沉积 在混凝土表面或空隙中,可以延缓硫酸盐的侵蚀,这种M聋+离子侵蚀的特点是主要在混凝土表层进行,呈 Mg(OH),的形式沉积在表层之上,养护混凝土过程中破坏作用是很小的可以忽略不计。另工程建成后,海 工混凝土在波浪、潮流作用下,再加之雨水冲刷,镁离子在混凝土表层形不成沉积。故镁离子对混凝土的影 响可不考虑。 4)二氧化碳(C0,▲●)对混凝土的影响 二氧化碳(c02)的影响,c02在普通海水中存在的量很少,在特殊情况下,◆●△▼●海水能含有异常量的c02,会 变得更具有侵蚀性。△▪️▲□△这是因为碳酸在海水中具有较淡水中更强的酸性。但在普通海水中,硬化的水泥发生 碳化作用,只是在混凝土表面形成覆盖层。一些学者认为当海水的pH值小于7时,所含的c02是过量的,对 水泥混凝土有较强的侵蚀作用。当pH值为7时,侵蚀性c02含量接近允许值。●当pH值大于7.5时,c02引 起的侵蚀作用很小,实测我国沿海海水的pH值为7.6—7.9,所以,可以认为此种侵蚀很轻微,可以不考虑此 影响。 2.3海水拌养混凝土工程应用观测分析 海水拌养混凝土的工程应用,我国自20世纪60年代开始就有少量研究与应用,但由于缺乏深入研究和 较大规模工程应用的实践以及长龄期的跟踪观测,再加之人们对海水拌养混凝土中海水的化学成分有可能 万 方数据 106 海 洋 工 程 第26卷 对水泥产生不利影响的疑虑,致使海水拌养混凝土的工程应用一直处于少量应用状态。如有一些海岛工程, 本应可以采用海水拌养素混凝土修建,但工程的设计、施工单位还是采用传统的方法,从大陆船运施工用淡 水,这样,不仅增加了工程投资,快乐时时彩玩法而且也延长了工期,耗费r大量船用柴油,既不符合国家倡导的节能减排原 则,显然又对保护海岛环境不利。 通过对海水拌养混凝土实际工程应用的长期跟踪观测,从表3中某岛_T程应用海水拌养混凝土的抗压 强度测试结果来看,无论是以大陆船运的碎石、河砂为骨料,还是以岛礁上就地取材,采用珊瑚礁、砂为骨料, 用海水拌养的混凝土,其三个配合比(A、B、c)从现场施工中抽测预留试块(试块’j工程现场水工建筑物所处 环境条件一致)长龄期1.5年、16年、19年的抗压强度均有增涨,增涨幅度是早期快,后期慢。碎石、河砂骨 料组的涨幅比珊瑚礁、砂骨料组的大,这主要是珊瑚礁、砂的骨料本身强度较弱的缘故,但三个配合比的试块 长龄期测试,抗压强度均没有下降,说明海水拌养对混凝土后期的抗压强度没有多大的影响。因此,海水拌 养对素混凝土,可不考虑其腐蚀破坏问题。 海水拌养混凝土的工程应用 海水拌养混凝土应用量较大的工程有连云港东西连岛大坝,其骨料为碎石、河砂,工程建成已正常使用 30多年。另还有某岛护岸、防波堤、灯塔、消浪块体和码头等水工工程以及一些海岛上的道路与生活设施工 程2I。这些工程大部分从1986年以后开始陆续修建。所用骨料一部分为岛礁.卜就地取材的珊瑚礁、砂l 5I, 也有用从陆地船运的碎石、河砂为骨料,采用海水与普通硅酸盐水泥配制海水拌养混凝土进行施工。通过调 研和实地考察,上述用海水拌养的珊瑚礁砂混凝土和海水拌养的碎石河砂混凝土建造的工程,使用情况均很 好,无工程质量问题,其中有的工程已正常使用二十多年,一些水工建筑物也经受J,台风与海上巨浪的考验, 没有发现有明显的海水腐蚀破坏迹象。★▽…◇因此,☆△◆▲■施工质量良好的海水拌养混凝土,其耐久性还是有保障的。 4结语 通过室内外的试验研究和工程实践应用以及长龄期的混凝土强度跟踪观测表明,海水拌养珊瑚礁砂混 凝土和海水拌养碎石、河砂混凝土完全可以代替淡水拌养混凝土应用于淡水资源匮乏的边防海岛的素混凝 土工程建设。大量的工程应用调查也证明,施工质量好、配合比适宜且致密的海水拌养素混凝土,其耐久性 是有保障的。★◇▽▼•为此得出如下结论: 1)在淡水资源匮乏的岛礁上,可以采用海水拌养混凝土修建工程,海水应为无杂质的清洁17J然海水; 2)经从工程浇注海水拌养混凝土施工现场抽取留置的两种混凝土(A、B、C一个配合比)试块19年长龄 期的抗压强度检测,◆◁•其强度仍在缓慢增涨。故在远离陆地的岛礁上,可以就地取材,采用岛礁上的珊瑚礁砂, 以及从陆地上船运的碎石河砂为骨料,与普通硅酸盐水泥配制海水拌养混凝土修建工程,只要施工质量控制 好,可满足T程耐久性的要求; 3)海水拌养混凝土适宜用于不配置钢筋的素混凝土或纤维混凝土,如果用于钢筋?昆凝土工程建设,则要 采取阻锈措施,相对造价较高,且不太经济,仅适用于一些海岛应急特殊工程抢修与急造。口▲=○▼ 参考文献: [I]北方地区重力式海'L混凝土建筑物耐用年限的调查研究[R].交通部一航局科研所,1988. [2]珊瑚混凝土的开发应用研究[R].海军工程设计研究局,1991. [3] 国内外海水拌养混凝土试验研究简况[R].巾国建材院房建材料与混凝土所,1989. [4]陈兆林.南方海港梁板码头腐蚀破坏分析与对策[A].腐蚀科学与防腐蚀工程技术新进展[M].北京:化学工业出版社, 1999.263—266. [5]陈兆林.我国天然轻骨料混凝土的粗细骨料研究分析[A].第七阍全国海岸工程学术讨论会论文集[c].北京:海洋出 版社,1993.1250—1255. 万 方数据 海水拌养混凝土耐久性试验与应用 作者: 作者单位: 刊名: 英文刊名: 年,卷(期): 陈兆林, 唐筱宁, 孙国峰, 柳玉良, CHEN Zhao-lin, TANG Xiao-ning,◇•■★▼•● SUN Guofeng, LIU Yu-liang 海军工程设计研究院,工程综合试验研究中心,山东,青岛266100 海洋工程 THE OCEAN ENGINEERING 2008,26(4) 参考文献(5条) 1.珊瑚混凝土的开发应用研究 1991 2.北方地区重力式海工混凝土建筑物耐用年限的调查研究 1988 3.陈兆林 我国天然轻骨料混凝土的粗细骨料研究分析 1993 4.陈兆林 南方海港梁板码头腐蚀破坏分析与对策 1999 5.国内外海水拌养混凝土试验研究简况 1989 本文链接: