抗海水腐蚀混凝土技术的研究及推广应用.pdf

第 6期 2 0 1 0年 6月 广东水利水 电 CUANGDONG W ATER RES OURCES AND HYDROP0W ER NO 6 J u n 2 0 1 0 抗海水腐蚀混凝土技术的研究及推广应用 陈仲策 ， 杨 医博 ， 梁 松 ， 莫海鸿 ( 1 广 东省水利水电技术 中心 ， 广 东 广州 5 1 0 6 3 5 ； 2 华南理工大学土木工程 系， 广 ej _广州5 1 0 6 4 0 ) 摘要： 采用抗海水腐蚀混凝土技术是提高沿海工程耐久寿命的重要手段和基本措施， 该文详细论述 了抗海水腐蚀混凝土 的研 究和推 广应 用过程 ， 并指 出了推广应 用中需要特 别注意的 问题 。 关键词 ： 抗海水腐蚀混凝土 ； 耐久性 ； 氯盐 中图分类号 ： T V 5 4 4 9 2 文献标识码 ： B 文 章编 号 ： 1 0 0 8 0 l 1 2 ( 2 0 1 0 ) 0 6 0 0 0 1 0 3 前 言 为提高抵御风暴潮和洪涝灾害的能力 ， 新中国成立 后 ， 在广东省沿海地区兴建了大量的水利工程。限于当 时的技术条件 ， 这些 工程均采用 了普通钢筋混 凝土结 构 ， 混凝土的强度等级为 C 2 0左右 ， 由于当时未认识到 海水 中氯离子会导致钢筋混凝土结构 中的钢筋锈蚀 问 题 ， 这些工程的使用寿命通常只有 2 03 0年 ， 有些甚至 不足 1 0年 ， 远达不到设计使用寿命 5 0年的要求。 通过对广东省沿海水利工程使用现状 的观察和分 析， 原广东省水利厅茹建辉总工程师意识到这一问题的 严重性， 提出了研究开发抗海水腐蚀混凝土的设想， 并 于 1 9 9 9年由广东省水利厅立项 ， 委托华南理工大学土 木工程系进行抗海水腐蚀混凝土的研究工作 。 抗海水腐蚀混凝土 的研究及 推广应用历经实验室 研究 、 试点工程应用 、 地方标准编制 、 推广应用等阶段 ， 目前 已经基本成熟。本文主要介绍抗海水腐蚀混凝土 的研究及推广应用过程 ， 并指出了推广应用抗海水腐蚀 混凝土技术 时需要特别注意的问题 。 1 抗海水腐蚀混凝土的实验研究与试点工程应用 抗海水腐蚀混凝土 的实验研究 与试点工程应用包 括 3个阶段 ： 一是沿海水利工程耐久性问题及对策调查 研究 ； 二是实验研究 ； 三是试点工程应用 。 1 1 沿海水利工程耐久性问题及对策调查研究 根据在实际工作 中发现的沿海水工建筑物使用寿 命较短的问题 ， 通过调查分析确认海水 中氯盐引起的钢 筋锈蚀是沿海水工建筑物过早被破坏的主要原因。 华南理工大学土木工程系从 水泥水化原理 以及混 凝土微观结构出发 ， 初步确认提高混凝土致密性和对混 凝土改性是解决该问题的关键 ， 并初步确立了采用矿物 掺合料和低水胶 比的技术路线 。通过采用低水胶比， 降 低混凝土 中的孑 L 隙率 ， 从而提 高混凝土的致密性 ； 通过 采用矿物掺合料 ， 利用其与水泥水化产物氢氧化钙 的二次水化反应 ， 对混凝土进行改性 ， 改变水泥石和过 渡区的结构 ， 从而进一步提高混凝土的致密性 。 在研究之初 ， 国内外对 于采用矿物掺和料和低水胶 比的混凝土具有较普通混凝土更好 的抗氯离子能力 已 经有初步认识 ； 在采用的矿物掺和料种类上 ， 有些采用 硅灰 ， 有些采用粉煤灰 ， 也有少量采用矿渣微粉 ， 但多处 于实验室研究阶段。 项 目组通过查阅大量国内外文献， 认为采用矿渣微 粉作为矿物掺合料配制抗海水腐蚀混凝土具有现实的 可行性 ， 这一技术在 国外沿海大型工程也有应用实例。 虽然当时有些研究采用硅灰或粉煤灰 ， 但硅灰价格高， 是水泥价格 的数倍 ， 其经济性差 ， 且硅灰混凝土极易发 生开裂 ， 施工难度大 ， 在大体积混凝土中应用更为困难 ； 粉煤灰虽然价格便宜 ， 但优质粉煤灰供应 缺乏 ， 且在施 工过程 中难以保证粉煤灰的质量； 而矿渣微粉当时正开 始进行大工业化生产 ， 各大钢厂都在进行矿渣微粉的工 业化开发 ， 而且矿渣微粉价格与水泥相近。从价格和施 工难度方面考虑 ， 通过试验 比选 ， 选择矿渣微粉作为主 要 矿物 掺合 料 。 1 2 实验研究 抗海水腐蚀混凝土实验研究包括室内实验研究和 3年野外实验研究 2个阶段 ， 主要 由华南理工大学土木 收稿 日期 ： 2 0 1 0 0 41 5 作者简介： 陈仲策( 1 9 7 3一) ， 男， 高级工程师， 从事大中型水利水电工程设计审查工作。 2 0 1 0年fi月 第 6期 陈仲 策。 等 ： 抗海水腐蚀 混凝土技术的研究及推广应用 N o 6 J u n 2 0 1 0 工程 系完成 。 在室内研究阶段 ， 首先根据对国内外相关研究资料 的分析 ， 确定的技术方案为低水灰 比、 掺加大掺量矿渣 微粉或大掺量矿渣微粉与粉煤灰复合使用、 掺加高效减 水剂以得到具有高耐久性 的混凝土。进而采用 2种水 泥 、 4种矿渣微粉 、 1种粉煤灰和 4种高效减水剂， 进行 了不同原材料和不同配比下的砂浆 、 细石混凝土和混凝 土性能的研究。通过这一阶段的研究 ， 初步明确了以大 掺量矿渣微粉( 或复合少量粉煤灰) 和低水胶 比制备抗 海水腐蚀混凝土的技术路线 ， 初步掌握 了抗海水腐蚀混 凝土的原材料性能要求、 水胶 比选择范围等基本参数 ， 为进一步研究奠定了基础 。 在室 内研 究 的基 础 上， 进 行 了 3年野 外实 验研 究 。采用不同掺量 、 不同细度的矿渣微粉以及用矿 渣微粉和不同掺量粉煤灰复合制备 的复合矿渣微粉作 为矿物掺合料 ， 研究了胶凝材料用量 、 矿渣掺量 、 矿渣细 度和粉煤灰掺量对实际海水环境 ( 吴川市海边 ， 细分为 浸没在海水中和潮汐区 2种) 下混凝土的抗压强度 、 氯 离子渗透深度和碳化深度 的影 响。共制备了 9个不同 配合 比的混凝土 ， 养护 2 8 d后放人海水环境 中， 在不同 龄期取出部分试件测得其抗压强度 、 氯离子渗透深度和 碳化深度， 最长试验龄期为 3年。 通过这一阶段 的研究 ， 证 明采用低水胶比、 大掺量 矿渣微粉复合高效减水剂等技术措施配制的抗海水腐 蚀混凝土具有较普通混凝土好得多的抗海水腐蚀能力 ， 在海水中浸泡 3年后 ， 抗海水腐蚀混凝土中抗氯离子渗 透深度只有普通混凝土的 1 0 2 5 ， 在同样混凝土 保护层厚度的情况下 ， 抗海水腐蚀混凝土的耐久寿命为 普通混凝土的 3 4倍以上 。 综合考虑矿渣微粉 的成本 以及抗海水腐蚀混凝土 的性能， 进一步确定 了抗海水腐蚀混凝土中矿渣微粉的 细度宜为 4 2 04 6 0 m k g ， 并宜复合少量优质粉煤灰 ； 根据水泥种类的不同， 矿渣微粉取代水泥量不 同， 但均 宜大于5 0 ； 在满足混凝土密实性的前提下 ， 水泥和矿 渣微粉的总用量不宜过多等一系列关系到抗海水腐蚀 混凝土原材料选择和混凝土配合 比设计 的关键技术要 求 。 1 3 试点工程 应用 在抗海水腐蚀混凝土室 内试验研究的基础上 ， 以及 广东省水利厅的积极引导和吴川 I 市水利局 、 澄海市水利 局、 饶平县水利局等的大力支持下， 华南理工大学在江 门市 电化厂工业盐 罐池和露天盐池 J 、 吴川市低勇排 水闸闸门重建工程 J 、 澄海市外砂桥 闸重建工程 J 、 饶 2 平县高沙水闸重建工程等 4个试点工程中应用了抗海 水腐蚀混凝土技术。其中 2 0 0 1 年开工的澄海市外砂桥 闸重建工程是我国较早采用抗海水腐蚀混凝土技术的 大型水利工程 ， 工程总投资为 1 8亿元 ， 抗海水腐蚀混 凝土总用量为 5 2万 m 。 在上述试点工程中， 华南理工大学等单位根据当地 原材料的具体情况和施工水平 ， 设计了抗海水腐蚀混凝 土的配合比， 提出并总结 了抗海水腐蚀 混凝土工程设 计、 施工过程控制和养护措施等一系列应用技术。在澄 海市外砂桥闸重建工程中， 结合水利工程中多采用大体 积混凝土的情况以及抗海水腐蚀混凝土水胶 比小 、 养护 不足时容易开裂的特点， 突破高性能混凝土必须采用小 粒径骨料和大坍落度的传统思想束缚 ， 提出了抗海水腐 蚀混凝土配合 比设计时宜采用大粒径骨料 ( 即采用二 级配和三级配混凝土) 和低坍 落度塑性混凝土的新思 路， 并将其用于工程实践。 通过总结试点工程的经验 ， 提出了采用大粒径骨料 和低坍落度混凝土 、 加强养护等解决抗海水腐蚀混凝土 开裂问题的技术措施 ， 并总结 了抗海水腐蚀混凝土在工 程设计 、 原材料选择 、 配合比设计、 施工过程控制和养护 等方面的经验 ， 参考 国内相关规范， 编制了 大掺量矿 渣微粉抗海水腐蚀混凝土耐久性设计 、 施 工及验 收指 引， 为抗海水腐蚀混凝土在工程中推广应用奠定了基 础 。 在上述研究与应用 的基础上 ， 2 0 0 5年初由华南理 工大学和吴川市水利局完成 的 抗 海水腐蚀混凝土的 研究及应用 项 目通过了广东省科技厅组织 的鉴定 ， 鉴 定结论 为 国 内领 先 。 2 广东省地方标准编制 抗海水腐蚀混凝土通过鉴定后， 由于是新技术 ， 其 推广应用缺乏标准规范支撑 ， 导致推广应用困难。虽然 2 0 0 5年 1 2月广东省水利厅将这一技术编人 水利科技 推广指南( 2 0 0 6年 ) ， 进行推广应用 ， 但效果并不明显。 2 0 0 5 2 0 0 6年间仅 在少量大型工程 ( 如澄海市东里桥 闸重建T程 ) 中采用 了抗海水腐蚀混凝土技术。 针对这一问题 ， 广东省水利水 电建设管理中心( 现 已整合为“ 广东省水利水 电技术中心 ” ) 提出了制定相 关地方标准的设想 ， 并于 2 0 0 6年向广东省质量技术监 督局提出了制定相关标准的申请， 并获得批准。 从 2 0 0 6年 7月开始 ， 在广东省水利厅的主持下， 以 广东省水利水 电建设管理中心和华南理工大学为主编 单位的编制组开始进行标准编制工作， 在抗海水腐蚀混 凝土研究与应用成果和经验的基础上， 参考国内外相关 2 0 1 0年 6月 第 6期 广 东水利 水电 研究成果 ， 先后历经工作大纲 、 初稿 、 征求意见稿 、 送 审 稿和报批稿 ， 共进行 了4次审查 ， 7易其稿 ， 至 2 0 0 8年 9 月编制完成 ， 于 2 0 0 8年 9月 2 7日通过了广东省质量技 术监督局的审定 ， 审查委员会认为该标准总体上达到国 内领先水平 ， 标准名称最终确定为 抗海水腐蚀混凝土 应用技术导则 。 2 0 0 8年 l 2月 3 1日广 东省地方标 准 抗 海水腐蚀 混凝土应用技术导则( D B 4 4 T 5 6 62 0 0 8 ) 由广 东省 质量技术监督局发布 ， 2 0 0 9年 4月 1日实施 。 这 一标 准充 分吸 收 了抗 海 水 腐 蚀 混 凝 土 研 究 和 应 用的成果以及国内外相关研究的成果 ， 包括了抗海水腐 蚀混凝土选用的原则 、 结构耐久性设计基本规定 、 混凝 土耐久性指标的选择 、 混凝土原材料的选择 、 混凝土配 合 比的设计方法 、 混凝土施工过程控制和质量检验方法 等 内容。明确了抗海水腐蚀混凝土 的应用是一个系统 工程 ， 涵盖了工程设计 、 混凝土原材料和配合 比优选 、 施 工 、 验收和运营等工程建设和运营的全过程。 3 抗海水腐蚀混凝土推广应用情况 2 0 0 8年初 ， 考虑到广东省地方标准 抗海水腐蚀混 凝土应用技术导则已经基本编制完成 、 预计年 内可颁 布实施的情况 ， 广东省水利厅开始在广东省沿海水利工 程建设中大面积推广应用抗海水腐蚀混凝土技术。据 初步统计 ， 至 2 0 0 9年 4月 3 0日， 仅广东省西部沿海地 区批复要求采用抗海水腐蚀混凝土技术的水利工程就 有 2 0个 ， 工程总投资 2 4 4亿元 ， 抗海水腐蚀混凝土需 求量约 7 6万 m 。 。 广东省地方标准 抗海水腐蚀混凝 土应用技术导 则 ( D B 4 4 T 5 6 6 2 0 0 8 ) 颁布实施后 ， 广东省水利厅在 全省沿海水利工程中进一步推广应用抗海水腐蚀混凝 土技术。 2 0 0 9年 7月 ， 广东省水利厅将 抗海水腐蚀混凝土 技术 向水利部科技推广 中心推荐列人 2 0 0 9年度水利 先进实用技术重点推广指导 目录 。经专家评议 ， 由华 南理工大学与广东省水利水 电技术 中心 申报 的 抗海 水腐蚀混凝土技术 被列入水利部 2 0 0 9年度水利先进 实用技术重点推广指导 目录 ( 见 2 0 0 9年 l 2月 1 1日水 技推 2 0 0 9 6 3号文 关于发布 2 0 0 9年度水利先进实用 技术重点推广指导 目录的通知 ) ， 通知指出“ 各地要结 合实际情况 ， 认真组织好水利先进实用技术的实施与推 广 ， 扩大先进实用水利科技成果 的宣传 ， 推动其尽快转 化为现实生产力， 鼓励 、 指导水利行业积极采用先进实 用技术 ， 切实提高水利行业科技水平 ， 促进水利事业发 展 ， 为水利现代化建设与 国民经济的可持续发展提供坚 强的科技支撑” 。 广东省水利水 电技术 中心在广东省水利厅公众网 站和 2 0 0 9第 1 2期 技术审查简报 上以 “ 抗海水腐蚀 混凝土技术” 列入水利部 2 0 0 9年度水利先进实用技术 重点推广指导 目录 为题对抗海水腐蚀混凝土技术进 行 了简要介绍。 在 2 0 0 9年 1 2月 2 82 9日召开的广东省 2 0 0 9年 水利科技推广会议上 ， 抗海水腐蚀混凝土技术 被编 人 广东省 2 0 0 9年水利科技推广大会交流材料 ， 何承 伟总工程师在会议上要求今后沿海受氯盐环境影 响的 水工建筑物混凝土结构都必须采用该技术 。 2 0 1 0年 1月 1 1日， 广东省水利厅在 关 于加强推 广使用橡胶坝和抗海水腐蚀混凝土技术的通知( 粤水 科技函 2 0 1 0 2 1号 ) 中明确指 出全省受氯盐环境 ( 即 沿海或近海受海水 、 海风和海雾影响的环境以及环境土 和水中氯离子含量超过一定 限值的环境) 影响地 区， 修 建水工建筑物使用混凝土和钢筋混凝土结构时必须采 用抗海水腐蚀混凝土 ， 并从 2 0 1 0年 2月 1日开始执行。 考虑到 2 0 1 0年起 ， 全 国将启动大中型水 闸除险加 固工程 ， 广东省水利水 电技术 中心于 3月 2 52 6日举 办了全省大中型病险水 闸除险加 固工程设计研讨班 ， 在 开班仪式上何承伟总工程师再次强调要 求采用抗海水 腐蚀混凝土。 虽然 目前抗海水腐蚀混凝土技术的研究取得 了很 多成果 ， 也编制完成了广东省地方标准 抗海水腐蚀混 凝土应用技术导则， 但考虑到混凝土耐久性问题的长 期性和复杂性 ， 这一方面的研究工作远未结束 ， 仍需进 行大 量 的研究 。 在推广应用抗海水腐蚀混凝土技术时 ， 需着重注意 如下 3个 问题 ： 1 )广东省地方标准 抗海水腐蚀混凝土应用技术 导则 与其它标准的协调关系。对于水利工程而言， 国 家和行业均有相关标准 ， 这些标准的相关规定有可能与 广东省地方标准 抗海水腐蚀混凝土应用技术导则 存 在不一致的地方。在这种情况下 ， 首先应判别相关规范 是否为必须遵守的规范 ， 其原则是 ： 一是看标准是否为 强制性 ， 强制性标准则必须执行； 二是看 主管部 门的文 件规定 ， 有 明文规定 的按规定执行 ； 三是看规范 中的适 用范 围 。 当所涉及的规范均必须遵守时， 考虑到标准中规定 均是最低要求 ， 因此对于不同规范 中的差异 ， 原则上应 按最严格的标准执行。当所涉及的规范并非均必须遵 守时 ， 首先应满足必须遵守的规范 ( 下转第 2 1页) 2 0 1 0年 6月 第 6期 广东水利水 电 N o 6 J u n 2 0 1 0 率为 1 ， 后验差比值为 0 0 1 30 3 5 ， 模型精度判别为 1 级 ， 模型计算结果完全合理 。 表 4 等维新息 G M( 1 。 1 ) 模 型模 拟精度校验 3结 语 1 )在 G M( 1 ， 1 ) 模型建模时 ， 选取 的沉降样本应尽 量采用沉降稳定的后期数据 ， 以提高模型的精度 。 2 )采用等维新息模型可通过 自身修正获得比经典 模型更高的模型精度 ， 适用性也更好 。 3 )G M( 1 ， 1 ) 模型对样本数量要求较低 ， 在样本选取 耋 刍 旦叁 是 刍 刍 刍 雹 亟叁 曼 刍 曼刍 刍 题 刍 是 含 跫各曼耋 曼 刍 马 刍 各曼 合理的情况下， 一般大于5个就可以取得良好的预测效果。 参考 文献 ： 1 邓 聚龙 灰 色系统 理论 教程 M 武汉 ： 华 中理 工大学 H 版社 ， 1 9 9 0 2 施怀瑾， 刘敏 灰色改进等维新息 G M( 1 ， 1 ) 模型在电力 系统长期负荷预测 中的应 用 J 贵州工 学院学 报 ， 1 9 9 4 ， f 2) ： 4 34 6 3 郝转， 张文鸽 G M( 1 ， 1 ) 等维新息模型在区域需水量预测 中的应用 J 东北水利水 电， 2 0 0 6 ， ( 4 ) ： 6 8 4 管正良， 李焱， 谢正文 G M( 1 ， 1 ) 等维新息模型在软土路基 沉降预测 中的应用 J 西部探矿工程 ， 2 0 0 5 ， ( 1 2 ) ： 3 4 5 邓聚龙 灰色预测与决策 M 武汉 ： 华 中理 工大学 出版 社 ， 1 9 8 5 6 毛英 雄 ， 刘策 一种 改进 的灰色 预测模 型及应 用 J 天 然气勘探与开发， 2 0 0 6 ， 2 9 ( 1 ) ： 7 1 7 3 7 王钟羡， 吴春笃 G M( 1 ， 1 ) 改进模型及其应用 J 数学的 实践 与认识 ， 2 0 0 3 ， 3 3 ( 9 ) ： 2 0 2 5 ( 本文责任编辑罗睿) ( 上接 第 3页 ) 要求 ； 对于非必须遵守 的规范 中提及 的更为严格 的要 求 ， 可由设计人员根据具体情况进行取舍。 2 )要认识到抗海水腐蚀混凝土技术是一个系统工 程 ， 其成功应用需从结 构设计 、 原 材料选择 、 配合 比设 计 、 施工过程控制和质量检验等多方面进行考虑 ， 而非 单纯的设计一个混凝土配合 比。 3 )建设单位要高度重视 ， 认识到抗海水腐蚀混凝 土技术仍需进行大量 的研究和完善。建议 主管部 门和 建设单位从工程建设经费中单列抗海水腐蚀混凝 土研 究经费 ， 至少在工程开工前 6个月委托相关研究机构根 据具体工程特点进行专题研究 ， 而不是简单 的将抗海水 腐蚀混凝土研究工作交 由设计单位或施工单位进行 。 4结语 经过十余年的研究与应用 ， 抗海水腐蚀混凝土技术 已经基本成熟 ， 成 为广东省水利厅和水利部 的推广技 术 ， 并获得 2 0 0 9年度广东省科学技术奖科 技进 步二等 奖 ， 可大规模应用于沿海水利工程建设 。但考虑到混凝 土耐久性问题的长期性和复杂性 ， 仍需相关单位在推广 应用过程 中进行大量的研究 ， 逐步提高和完善抗海水腐 蚀混凝土技术 ， 从 而进一步提高和保证我省沿海水利工 程的耐久寿命。 参考文献 ： 1 梁松， 莫海鸿， 陈尤雯， 等 掺矿渣微粉砂浆和混凝土的抗 ； g ； g ； 苫 硫酸盐侵蚀性能 J 华南 理工 大学学 报 ( 自然科 学版 ) ， 2 0 0 3 ， 3 1 ( 5 ) ： 9 3 9 6 杨医博， 梁松， 莫海鸿， 等 海洋环境下大掺量矿渣微粉混 凝土 的实验研究 J 武汉 理工大学学 报 ， 2 0 0 5 ， 2 7 ( 3 ) ： 3 4 3 6、 40 梁松， 杨医博， 莫海鸿， 等 潮汐环境下大掺量矿渣微粉抗 海水腐蚀混凝土的野外 实验 J 华南 理工 大学 学报 ( 自 然科学版 ) ， 2 0 0 5， 3 3 ( 7 ) ： 8 8 9 1 杨医博 ， 梁松 ， 莫海鸿 ， 等 复合 矿渣微粉对混凝 土抗氯离 子侵蚀性 能 影 响 的野 外 试 验研 究 J 土 木 工 程 学 报 ， 2 0 0 6， 3 9 ( 4 ) ： 9 2 9 4 ， 1 0 9 莫海鸿 ， 梁松 ， 杨医博 ， 等 大掺量矿渣 微粉抗海水 腐蚀混 凝土的研究 J 水利学报 ， 2 0 0 5 ， 3 6 ( 7 ) ： 8 7 6 8 7 9 、 8 8 5 梁松， 莫海鸿 ， 杨医博， 等 抗海水腐蚀混凝土在电化厂工 业盐罐池工程 中的成功应用 J 工业建 筑 ， 2 0 0 4， ( 5 ) ： 2 1 23 杨医博， 梁松 ， 莫海鸿 抗海水腐蚀混凝土在吴川市低勇 水闸闸门重 建工 程 中 的应 用 J 水 利 水 电技 术 ， 2 0 04 ， ( 1 1 ) ： 5 35 5 莫海鸿， 梁松 ， 杨医博， 等 抗海水腐蚀混凝土在外砂桥闸 重建工程中的应用 J 人民珠江， 2 0 0 5 ， ( 2 ) ： 3 0 3 2 杨 医博 ， 梁松 ， 莫海鸿 ， 等 抗氯盐 高性 能混凝土在 东里桥 闸重建工程中的应用 J 水利学报， 2 0 0 7 ， ( 1 1 ) 增刊： 6 5 4 65 7 ( 本文责任编辑罗睿) 2l 1 jJJ 1JJ_1 J