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提高混凝土耐久性的技術措施
日期：2024-07-27 22:55
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摘要：
提高混凝土耐久性的技術措施
國內外相關科研成果和長期工程實踐調研顯示，當前較為成熟的提高提高混凝土耐久性的技術措施的主要技術措施有：
（1）高性能海工混凝土
其技術途徑是采用上等混凝土礦物摻和料和新型高效減水劑複合，配以與之相適應的水泥和級配良好的粗細骨料，形成低水膠比，低缺陷，高密實、高耐久的混凝土材料。高性能海工混凝土較高的抗氯離子滲透性為特征,其優異的耐久性和性能價格比已受到*上研究和工程界的認同。
（2）提高混凝土保護層厚度 這是提高海洋工程鋼筋混凝土使用壽命的*為直接、簡單而且經濟有效的方法。但是保護層厚度並不能不受限製的任意增加。當保護層厚度過厚時，由於混凝土材料本身的脆性和收縮會導致混凝土保護層出現裂縫反而削弱其對鋼筋的保護作用。
（3）混凝土保護塗層 完好的混凝土保護塗層具有阻絕腐蝕性介質與混凝土接觸的特點，從而延長混凝土和鋼筋混凝土的使用壽命。然而大部分塗層本身會在環境的作用下老化，逐漸喪失其功效，一般壽命在5～10年，隻能作輔助措施。
（4）塗層鋼筋、耐腐蝕鋼筋
采用耐腐蝕鋼筋對混入型和滲入型氯離子的防護都是很有效的。因為環氧塗層鋼筋是在嚴格控製的鋼廠流水線上塗覆的，一般可以保證塗層高質量，塗層可以將鋼筋與周圍的混凝土隔開，即使氯離子和氧氣等已經大量侵入混凝土，它還是可以長期保護鋼筋，使鋼筋免遭腐蝕。
鋼筋表麵采用致密材料塗覆，如環氧塗層環氧塗層鋼筋在歐美也有一定的應用，其應用效果評價不一。主要不利方麵是，環氧塗層鋼筋與混凝土的握裹力降低35％，使鋼筋混凝土結構的整體力學性能有所降低；施工過程中對環氧塗層鋼筋的保護要求極其嚴格，加大了施工難度；另外成本的明顯增加也是其推廣應用受到製約。
（5）鋼筋阻鏽劑
鋼筋阻鏽劑通過影響鋼筋和電介質之間的電化學反應，通過提高氯離子促使鋼筋腐蝕的臨界濃度來穩定鋼筋表麵的氧化物保護膜，可以有效地阻止鋼筋腐蝕發生，從而延長鋼筋混凝土的使用壽命，因為阻鏽劑的作用可以自發地在鋼筋表麵上形成，隻要有致鈍環境，即使純化膜破壞也可以自行再生，自動維持，這不*優於任何人為塗層，而且經濟、簡便。但由於其有效用量較大，作為輔助措施較為適宜。*好的辦法是是將電解質的pH值提高到12左右，使鋼筋表麵有一層穩定的鈍化膜使陽極反應難以進行，從而阻止鋼筋的腐蝕。阻鏽劑能優先參與並阻止鋼筋這兩種或任何一種界麵反應，並能長期保證其穩定狀態，從而有效地阻止了鋼筋的鏽蝕。
（6）陰極保護
陰極保護的電化學原理就是：即使鋼筋周圍的混凝土有的已經碳化或含有大量氯離子，或者混凝土保護層薄而透水透氣，或鋼筋表麵具有鏽層，不讓鋼筋表麵任何地方放出自由電子，使其電位等於或低於平衡電位，就可以使鋼筋不再進行陽極反應，即鋼筋鏽蝕。
該方法是通過引入一個外加犧牲陽極或直流電源來抑製鋼筋電化學腐蝕反應過程從而延長海工混凝土的使用壽命。但是，由於陰極保護係統的製造、安裝和維護費用過於昂貴且穩定性不高，目前在海工鋼筋混凝土結構中很少應用。
（7）海水耐蝕劑
海水耐蝕劑是用礦渣、硬石膏、天然火山灰、活性激發組分等無機材料磨粉而成。
物理作用：海水耐蝕劑的比表麵積，其微粉填充效應提高了水泥漿體與骨科之間的黏結強度，從而提高了混凝土的密實度。
化學作用：①海水耐蝕劑中的高活性微粉、活性二氧化矽不斷與水化出來的CaOH2發生化學反應，生成更多的C-S-H凝膠，加快水泥水化速度，提高混凝土的強度②火同灰的抗硫酸鹽、抗海水侵蝕效果決定於火山灰中的二氧化矽的含量，二氧化矽含量高可以提高混凝土的耐久性，更重要的是在易被侵蝕的鋁酸鹽化合物上覆蓋了一層C-S-H凝膠的保護膜。
（8）混凝土表層處理
為了防止水、氯化物、二氧化碳等侵蝕介質滲入混凝土中，以延緩綱筋鏽蝕，對於修補過的或新並行築的混凝土結構，塗覆混凝土乾作為*道防線，往往是一種比較簡便、經濟和有效的輔助性能保護措施。鑲麵板是另一種混凝土表層處理方式。
（9）定期檢測
對混凝土結構也應做定期檢查，儘早發現問題，製定合理維修方案，對延長工程壽命也有顯著效果。
（1）高性能海工混凝土
其技術途徑是采用上等混凝土礦物摻和料和新型高效減水劑複合，配以與之相適應的水泥和級配良好的粗細骨料，形成低水膠比，低缺陷，高密實、高耐久的混凝土材料。高性能海工混凝土較高的抗氯離子滲透性為特征,其優異的耐久性和性能價格比已受到*上研究和工程界的認同。
（2）提高混凝土保護層厚度 這是提高海洋工程鋼筋混凝土使用壽命的*為直接、簡單而且經濟有效的方法。但是保護層厚度並不能不受限製的任意增加。當保護層厚度過厚時，由於混凝土材料本身的脆性和收縮會導致混凝土保護層出現裂縫反而削弱其對鋼筋的保護作用。
（3）混凝土保護塗層 完好的混凝土保護塗層具有阻絕腐蝕性介質與混凝土接觸的特點，從而延長混凝土和鋼筋混凝土的使用壽命。然而大部分塗層本身會在環境的作用下老化，逐漸喪失其功效，一般壽命在5～10年，隻能作輔助措施。
（4）塗層鋼筋、耐腐蝕鋼筋
采用耐腐蝕鋼筋對混入型和滲入型氯離子的防護都是很有效的。因為環氧塗層鋼筋是在嚴格控製的鋼廠流水線上塗覆的，一般可以保證塗層高質量，塗層可以將鋼筋與周圍的混凝土隔開，即使氯離子和氧氣等已經大量侵入混凝土，它還是可以長期保護鋼筋，使鋼筋免遭腐蝕。
鋼筋表麵采用致密材料塗覆，如環氧塗層環氧塗層鋼筋在歐美也有一定的應用，其應用效果評價不一。主要不利方麵是，環氧塗層鋼筋與混凝土的握裹力降低35％，使鋼筋混凝土結構的整體力學性能有所降低；施工過程中對環氧塗層鋼筋的保護要求極其嚴格，加大了施工難度；另外成本的明顯增加也是其推廣應用受到製約。
（5）鋼筋阻鏽劑
鋼筋阻鏽劑通過影響鋼筋和電介質之間的電化學反應，通過提高氯離子促使鋼筋腐蝕的臨界濃度來穩定鋼筋表麵的氧化物保護膜，可以有效地阻止鋼筋腐蝕發生，從而延長鋼筋混凝土的使用壽命，因為阻鏽劑的作用可以自發地在鋼筋表麵上形成，隻要有致鈍環境，即使純化膜破壞也可以自行再生，自動維持，這不*優於任何人為塗層，而且經濟、簡便。但由於其有效用量較大，作為輔助措施較為適宜。*好的辦法是是將電解質的pH值提高到12左右，使鋼筋表麵有一層穩定的鈍化膜使陽極反應難以進行，從而阻止鋼筋的腐蝕。阻鏽劑能優先參與並阻止鋼筋這兩種或任何一種界麵反應，並能長期保證其穩定狀態，從而有效地阻止了鋼筋的鏽蝕。
（6）陰極保護
陰極保護的電化學原理就是：即使鋼筋周圍的混凝土有的已經碳化或含有大量氯離子，或者混凝土保護層薄而透水透氣，或鋼筋表麵具有鏽層，不讓鋼筋表麵任何地方放出自由電子，使其電位等於或低於平衡電位，就可以使鋼筋不再進行陽極反應，即鋼筋鏽蝕。
該方法是通過引入一個外加犧牲陽極或直流電源來抑製鋼筋電化學腐蝕反應過程從而延長海工混凝土的使用壽命。但是，由於陰極保護係統的製造、安裝和維護費用過於昂貴且穩定性不高，目前在海工鋼筋混凝土結構中很少應用。
（7）海水耐蝕劑
海水耐蝕劑是用礦渣、硬石膏、天然火山灰、活性激發組分等無機材料磨粉而成。
物理作用：海水耐蝕劑的比表麵積，其微粉填充效應提高了水泥漿體與骨科之間的黏結強度，從而提高了混凝土的密實度。
化學作用：①海水耐蝕劑中的高活性微粉、活性二氧化矽不斷與水化出來的CaOH2發生化學反應，生成更多的C-S-H凝膠，加快水泥水化速度，提高混凝土的強度②火同灰的抗硫酸鹽、抗海水侵蝕效果決定於火山灰中的二氧化矽的含量，二氧化矽含量高可以提高混凝土的耐久性，更重要的是在易被侵蝕的鋁酸鹽化合物上覆蓋了一層C-S-H凝膠的保護膜。
（8）混凝土表層處理
為了防止水、氯化物、二氧化碳等侵蝕介質滲入混凝土中，以延緩綱筋鏽蝕，對於修補過的或新並行築的混凝土結構，塗覆混凝土乾作為*道防線，往往是一種比較簡便、經濟和有效的輔助性能保護措施。鑲麵板是另一種混凝土表層處理方式。
（9）定期檢測
對混凝土結構也應做定期檢查，儘早發現問題，製定合理維修方案，對延長工程壽命也有顯著效果。
提高混凝土耐久性的技術措施策略
提高混凝土耐久性的技術措施需采取根本措施和補充措施。根本措施是從材質本身的性能出發，提高混凝土材料本身的耐久性能，即采用高性能混凝土；再找出破壞作用的主次先後,對主因和導因對症施治，並根據具體情況采取除高性能混凝土以外的補充措施。而二者的有機結合就是綜合防腐措施。大量研究實踐表明，采用高性能混凝土是在惡劣的海洋環境下提高結構耐久性的基本措施，然後根據不同構件和部位，經可能提高鋼筋保護層厚度（一般不小於50mm），某些部位還可複**用保護塗層或阻鏽劑等輔助措施，形成以高性能海工混凝土為基礎的綜合防護策略，有效提高大橋混凝土結構的使用壽命。
因此，對海洋工程跨海大橋混凝土結構的耐久性方案的設計遵循的基本方案是：*先，混凝土結構耐久性基本措施是采用高性能混凝土。同時，依據混凝土構件所處結構部位及使用環境條件，采用必要的補充防腐措施，如內摻鋼筋阻鏽劑、混凝土外保護塗層等。在保證施工質量和原材料品質的前提下，混凝土結構的耐久性將可以達到設計要求。
對於具體工程而言，耐久性方案的設計必須考慮當地的實際情況——如原材料的可及性、工藝設備的可行性等，以及經濟上的合理性。也就是說應該采取有針對性的，因地製宜的綜合防腐方案。
因此，對海洋工程跨海大橋混凝土結構的耐久性方案的設計遵循的基本方案是：*先，混凝土結構耐久性基本措施是采用高性能混凝土。同時，依據混凝土構件所處結構部位及使用環境條件，采用必要的補充防腐措施，如內摻鋼筋阻鏽劑、混凝土外保護塗層等。在保證施工質量和原材料品質的前提下，混凝土結構的耐久性將可以達到設計要求。
對於具體工程而言，耐久性方案的設計必須考慮當地的實際情況——如原材料的可及性、工藝設備的可行性等，以及經濟上的合理性。也就是說應該采取有針對性的，因地製宜的綜合防腐方案。
試驗方案和主要試驗方法
從高性能海工混凝土的基本要求出發，在原材料的優選試驗中，以坍落度評價混凝土的工作性，以抗壓強度等評價混凝土的物理力學性能，以混凝土的電通量和氯離子擴散係數(自然擴散法)試驗結果評價混凝土的抗氯離子滲透性能，並以耐久性能為*要要求。
試驗中所采用的主要試驗方法有：
(1)坍落度
混凝土的坍落度按《新拌混凝土性能試驗方法》GBJ80-85測定。
(2)抗壓強度
混凝土的抗壓強度按《普通混凝土力學性能試驗方法》GBJ81-85測定。
(3) 混凝土的碳化、滲透和抗凍性能試驗參照《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法》（GBJ82-85）進行。
(4)混凝土的電通量和氯離子擴散係數快速試驗
ASTM C 1202混凝土直流電量法滲透性能評價：參照*上通用的ASTM C1202直流電量法進行混凝土滲透性能評價。試驗儀器采用清華大學改進的ASTM C1202電量法測試儀。通過量測混凝土試件在60V直流電壓下通電6h通過的電量，以評價混凝土的滲透性。
用濃度曲線法測試混凝土表觀氯離子擴散係數的試驗方法，參照NT Build443方法，將標準養護28天的混凝土試件浸泡於質量濃度為3.0％的NaCl溶液中*指定齡期（90d）後，用剖麵切削機從混凝土表麵以不大於2mm的厚度取樣，並用化學方法測試樣本氯離子濃度，做混凝土氯離子濃度-深度曲線並用Fick**定律進行非線性回歸求得混凝土表觀氯離子擴散係數。
試驗中所采用的主要試驗方法有：
(1)坍落度
混凝土的坍落度按《新拌混凝土性能試驗方法》GBJ80-85測定。
(2)抗壓強度
混凝土的抗壓強度按《普通混凝土力學性能試驗方法》GBJ81-85測定。
(3) 混凝土的碳化、滲透和抗凍性能試驗參照《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法》（GBJ82-85）進行。
(4)混凝土的電通量和氯離子擴散係數快速試驗
ASTM C 1202混凝土直流電量法滲透性能評價：參照*上通用的ASTM C1202直流電量法進行混凝土滲透性能評價。試驗儀器采用清華大學改進的ASTM C1202電量法測試儀。通過量測混凝土試件在60V直流電壓下通電6h通過的電量，以評價混凝土的滲透性。
用濃度曲線法測試混凝土表觀氯離子擴散係數的試驗方法，參照NT Build443方法，將標準養護28天的混凝土試件浸泡於質量濃度為3.0％的NaCl溶液中*指定齡期（90d）後，用剖麵切削機從混凝土表麵以不大於2mm的厚度取樣，並用化學方法測試樣本氯離子濃度，做混凝土氯離子濃度-深度曲線並用Fick**定律進行非線性回歸求得混凝土表觀氯離子擴散係數。