新疆高寒强腐蚀环境下混凝土材料的选择.pdf

第3 6卷第 2期 2 0 1 0 年2 月 水 力 发 电 新 疆 高 寒 强 腐 蚀 环 境 下 混 凝 土 材 料 的 选 择 薛海 生 ( 中国葛洲坝 集 团第一 工程 有 限公 司 ，湖 北宜 昌 4 4 3 0 0 2 ) 摘要：新疆地区属于严寒气候，室外冻融变化频繁，干旱 、盐碱土地面积大 ，土壤和地下水中含有很高的硫酸 盐 该地 区砂石料场的砂石骨料具有较 高碱活性。不论是抗冻性 、抗侵蚀性 ，还是抑制混凝土一 碱骨料反应和抗裂性 ， 在混凝土结构设计和施 过程 中都必须高度重视该地 区环境下混凝土耐久性的要求 。高性能混凝土 的组成材料与普 通混凝土慕本相同，但高性能混凝土对水泥 、超细掺和料 、高效减水剂和砂石骨料的要求有所不 同或更加严格。 关键词：混凝土 ；高寒地 区；强腐蚀 ；选择 ；新疆 T h e S e l e c t i o n o f Co n c r e t e Ma t e r i a l s i n a C o l d a n d S t r o n g Co r r o s i v e A r e a o f X i n j i a n g Xue Ha i s he n g ( C h i n a G e z h o u b a G r o u p N o 1 E n g i n e e r i n g C o ， L t d ， Y i c h a n g Hu b e i 4 4 3 0 0 2 ) A b s t r a c t ： B e c a u s e t h e s a i l d a n d g I a v e l a g g r e g a t e i n X i n j i a n g r e g i o n h a s h i g h a l k a l i r e a c t i v i t y a s t h e l a r g e s a l i n e a l k a l i l a n d a r e a a n d t h e we a t h e r i n t hi s r e g i o n i s c o l d，t he fi - o s t r e s i s t a n c e ，c o r r os i o n r e s i s t a n c e ，c o n c r e t e a l k a l i a g g r e g a t e r e a c t i o n a nd ( r a c k r e s i s t a n c e n l us t b e pa i d g r e a t a t t e nt i on t o i n t h e d e s i g n a n d c o n s t ruc t i o n o f c o nc r e t e s t r u ct u r e The c o mpo s i t i o n o f h i g h-p e r f o ml a n c e co nc r e t e a n d o r di na r y c o nc r e t e i s b a s i c a l l y t h e s a me ，l int t h e h i g hp e r f m ma n c e e o n e r e t e h a s mo r e s t r i c t d e ma n ds o n t h e c e me n t ，uh r a -fin e a dmi x t u r e，s u pe r wa t er r e du c i n g a g e n t a nd g r a v e l ag g r e ga t e Ke y Wo r d s ： c o n c r e t e ； c o l d r e g i o n ； s t r o n g c o r r o s i o n ； s e l e c t i o n ； X i n j i a n g r e g i o n 中图分类号： T V 4 2 ( 2 4 5 ) 文献标识码 ： A 文章编号 ： 0 5 5 9 9 3 4 2 ( 2 0 1 0 ) 0 2 0 0 7 3 0 3 1 新疆地 区混凝土施工特点 新 疆 地 区 属 于 严 寒 气 候 每 年 冬 季 长 达 5 6个 月( 每 年 1 1月 至 次 年 4月 ) 这 个 阶 段 室 外 冻 融 变 化 频 繁 巾 图 水 利 水 电 科 学 研 究 院 李 金 玉 等 人 根 据 l其 进 行 的 混 凝 土 抗 冻 耐 久性 初 步 的 定 量 化 设 计 研 究 以 及 按 照 混 凝 土 的 安 全 运 行 寿 命 来 设 计 混 凝 土 的 抗 冻 等级 所 给 的 西北 地 区混 凝 土抗 冻 安 全性 定 量 化 设 计 的 初 步 建 议 为 ：大 坝 等 重 要 建 筑 物( 安 全 运 行 年 限 为 8 0 1 O 0 a ) ，混凝 土 抗 冻 安 全 性 没 汁 等 级 为 F 8 0 0 F I O 0 0：港 口T 程 、 T民建 、大 型水 闸等 建筑 ( 安 全 运 行 年 限 5 0 a ) 混 凝 土 抗 冻 安 全 性 设 计 等 级 为 F 5 0 0： 道 路 、桥 梁 等 建 筑( 安 全 运 行 年 限 3 0 a ) 混 凝 土 抗 冻 安 全 性 设 计 等 级 为 F 3 0 0 因 此 新 疆 地 区 室 外 工 程 混 凝 土 结 构 的 耐 久 性 问 题 首 要 考 虑 的 是 混 凝 土 抵 抗 冻 融 环 境 作 用 的 抗 冻 性 新 疆 地 处 干 旱 地 区 盐 碱 地 面 积 大 约 占新 疆 总 土 地 面 积 的 2 6 这 些 地 区 土 壤 和 地 下 水 中 含 有 很 高 的 硫 酸 盐 ，往 往 还 伴 随 有 镁 盐 其 S O 一 浓 度 常 常 在 1 0 0 0 0 mg L ( 或 1 0 0 0 0 mg k g ) 以 上 有 的 甚 至 高 达 3 0 0 0 0 mg L ( 3 0 0 0 0 mg k g ) 。 L大 1 此 ，新 疆 的 水 利 水 电 T 程 、路 桥 T 程 、地 下 T 程 和 基 础 1 = 程 的 混凝 土抗侵 蚀性是 一项不 容忽视 的重要 内容 另 外 、 根 据 新 疆 农 业 大 学 水 利 与 土 木 丁 程 学 院 、 K汀 水 利 科 学 院 和 新 疆 大 学 建 丁 学 院 采 用 岩 相 法 、 快 速 检 验 法 对 多 项 工 程 及 区 域 性 砂 石 料 场 的 砂 石 骨 料 碱 活 性 的 检 测 。 属 于 天 山 系 水 域 形 成 的 砂 石 骨 料 的 料 场 中 含 有 5 0 以 上 凝 灰 岩 这 种 岩 性 骨 料 是 具 有 发 生 碱 一 硅 酸 反 应 的 潜 在 碱 活 性 骨 料 ：采 用 快 速 法 检 测 ，具 有 较 高 碱 活 性 这 意 味 着 新 疆 地 区 不 可 避 收稿 日期 ：2 0 1 0 0 1 0 6 作者简 介：薛海生( 1 9 7 2 ) ，男，湖北枣阳人 注册质量 程师 从事水利水 电 r程技术管理T作 U1 U q FZ 月 免 地 存 在 发 生 混 凝 土 一 碱 骨 料 反 应 的 危 害 影 响 混 凝 土 结 构 耐 久 性 最 为 普 遍 的 问 题 是 混 凝 土 的裂缝 和钢筋 锈蚀 。裂缝是 混凝 土 的一 种 常见 病 在 环境 作 用 下( f湿 变 化 、温 度 变 化 、冻 融 变 化 、 水渗 透 、侵蚀介 质侵 入等 ) 裂缝会 加剧 混凝 土性 能 劣 化 和 钢 筋锈 蚀 造 成 结 构 强 度 和 承 载 能 力 降 低 加 速结 构 功能 破 坏 ，严 重 降低 或 缩 短建 筑 物 的使 用 寿 命 。 综 上 所 述 ，不 论 是 抗 冻 性 、抗 侵 蚀 性 还 是 抑 制 混 凝 土 一 碱 骨 料 反 应 和 抗 裂 性 在 混 凝 土 结 构 设 计 和 施 工 过 程 中 必 须 高 度 重 视 西 北 地 区 环 境 下 混 凝 土 耐 久 性 的 要 求 2 高性能混凝土组成和结构 根据 吴 中伟 院士 的建 议 和 亲 身 的实 践体 会 高 性 能 混 凝 土 定 义 为 ：一 种 新 型 高 技 术 混 凝 土 ，是 在 大 幅 度 提 高 普 通 混 凝 土 性 能 的 基 础 上 采 用 低 水 胶 比 、掺 加 高效 减水 剂 和大 掺量 超 细 矿物 质 掺合 料 等 现 代 混 凝 土 技 术 制 作 的 濉 疑土 是 以 耐 久 性 作 为 设 计 的 主 要 技 术 指 标 ，并 典 仃优 良的 工 作 性 、密 实 性 、 耐 久 性 、 强 度 、适 用 性 和 经 济 性 的 绿 色 混 凝 土 高 性 能 混 凝 土( 与 普 通 混 凝 土 的 不 同 点 ) ，采 用 低 水 胶 比 一 般 不 超 过 0 4： 必 须 掺 加 高 效 减 水 剂 ( 其 作 用 一 是 塑 化 作 用 使 混 凝 土 拌 和 物 具 有 大 流 动 性 二是 减水作 用 达到 低水 胶 比 ) 必 须掺 加 大量 超 细掺 合料 以 改善 混 凝 土 的性 能 其 结 构特 点 是 高 密实 度 ，高 性 能 混凝 土 的 密实 度 取决 于 ： 采 用 的低 水 胶 比 的大小 ： 高效 减 水 剂 的减 水 率 ； 超 细掺 合料 的填充 效应 ； 超细 掺合 料 的水 化效 应 。 3 高性能混凝土原材料选择 高 性 能 混 凝 土 的 组 成 材 料 与 普 通 混 凝 土 基 本 相 同 但 它 对水 泥 、超细 掺 合料 、高 效减 水 剂 和砂 石 骨 料 的 要 求 有 所 不 同 或 更 严 格 3 1 水泥 由于 高 性 能 混 凝 土 要 掺 加 大 量 的超 细掺 合 料 ， 所 以高性 能 混凝 土宜 选 用硅 酸 盐 水 泥 和普 通 水 泥 。 选 用 硅 酸 盐 水 泥 可 以 比普 通 水 泥 掺 人 更 多 的 超 细 掺 合 料 因 为 普 通 水 泥 中 已经 内掺 6 1 5 的 混 合 材 ， 有 些 水 泥 厂 在 6 1 5 中 还 会 掺 加 不 超 过 1 0 的 非 活 性 混 合 材 从 改 善 高 性 能 混 凝 土 的 性 能 上 来 看 ， 外 掺 的 超 细 掺 合 料 的 细 度 和 品 质 比普 通 水 泥 中 内 掺 的混 合材 更 符合 高 性 能 混凝 土 的 配置 需 要 。掺 混合 材 的硅 酸 盐 水 泥如 矿 渣水 泥 、粉煤 灰 水 泥 、火 山灰 水 泥 和复 合 水 泥等 由于这 些 水 泥 中 已经 内掺 大量 混 合 材 且 混 合 材 颗 粒 比 水 泥 熟 料 颗 粒 要 粗 ， 这 些 内掺混 合 材 的活 性 不仅 低 于 外 掺超 细 掺合 料 而且 没 有 超 细 掺 合 料 的 颗 粒 填 充 效 应 同 时 影 响 超 细 掺 合料 掺 入 混 凝土 内的 掺加 量 因此 高性 能 混凝 土 不提 倡使 用这 些掺 混合 料 的水 泥 选 择 水 泥 强 度 时 ，应 遵 循 下 列 原 则 ： 配 置 高 强 的 高 性 能 混 凝 土 如 C 4 0 C8 0或 C8 0以 上 的 混 凝 土 应 选 用 4 2 5或 大 于 4 2 5以 上 强度 等 级 的 硅 酸 盐 水 泥 ，也 可 选用 4 2 5或 4 2 5以上 等级 的普 通水 泥 ：配 置 混 凝 土 强 度 低 于 C 4 0的 混 凝 土 可 以 选 用 3 2 5强 度 的 普 通 水 泥 ： 混 凝 土 无 早 强 要 求 时 尽 量 不 选 择 早 强水 泥 ，以利 于混 凝 土裂 缝 控 制 和 降低 水 化 热 同时还 利 于水 泥 与高效减 水剂 的相 互适应 3 2超细掺 合 料 超 细 掺 合 料 原 本 是 水 泥 的 活 性 材 料 由 于 将 其 单独 加 工磨 细 并 经 分选 它 比水 泥 内掺 的活性 混 合 材 和水 泥 颗粒 都 要 细 得 多 ：又 因为 是在 混 凝 土拌 和 时加 入 的 ，所 以称 其 为超 细掺 合 料 超 细 掺合 料 是 高性 能 混凝 土必 不 可 少 的组成 部 分 其 品质好 坏 直 接 关 系 到 混 凝 土 是 否 具 有 高 性 能 超 细 掺 合 料 的 原 料 大 多 是 丁 业 废 渣 ， 如 粒 化 高 炉 矿 渣 、粉 煤 灰 、硅 粉 、锂 渣 等 ，经 收 尘 、磨 细 、分 选 加 工 成 超 细 粉 状 材 料 价 格 比水 泥 低 得 多 配 制高 性 能混 凝 土 所需 超 细 掺合 料 的 质量 要 求 如 下 ： ( 1 ) 矿 渣 粉 。 矿 渣 粉 是 炼 铁 高 炉 排 出 的 熔 渣 其 化 学 成 分 主 要 是 S i O 、A 1 O 、 C a O， 这 些 成 分 是 活性 成 分 决 定 矿 渣 的活 性 大小 ：其次 的化 学成 分 有 Mg O、Mn O、F e O、T i O2 等 ，它 们 含 量 虽 少 ， 但 有 时 也 会 影 响 矿 渣 的 品 质 和 活 性 高 性 能 混 凝 土 对 矿 渣 粉 的 品 质 要 求 参 见 GB 1 1 1 8 7 3 6 2 o 0 2 高 强 高 性 能 混 凝 土 用 矿 物 外 加 剂 。 工 程 实 践 证 明 矿 渣 粉 的细度 以 比表面 积 表 示时 其 比表 面 积至 少 要 达到 4 3 0 m2 k g时 才 能在 高性 能混 凝 土 中充 分发 挥 出其 活 性 。 矿 渣 磨 得 越 细 ， 活 性 越 高 ， 电 能 耗 也 越 大 ， 成 本也 越 高 不 利 于推 广 利用 就 目前市 场 上需 要 的 矿 渣 活 性 和 销 售 价 格 来 看 矿 渣 粉 的 细 度 控 制 在 4 5 0 m2 k g左 右 为 宜 ( 2) 粉 煤 灰 粉 煤 灰 是 用 煤 粉 炉 发 电 的 热 电 厂 排 放 出 的 烟 道 灰 也 成 飞 灰 粉 煤 灰 的 活 性 成 分 主 要 是 S i O， 、A1 2 0 ， 而 C a O 含 量 低 ， 将 C a O 含 量 不 超 过 1 0 的 粉 煤 灰 称 为 低 钙 灰 超 过 1 0 的 称 为 高 钙 灰 高 性 能混 凝 土 中使 用 的 粉煤 灰 主要 是 指 电厂 烟 道 灰 通 过 静 电 场 除 尘 直 接 收 集 或 再 经 分 选 、 或 加 工磨 细 、或 再加 工磨 细 又经 分选 等工 艺得 到 的 I级 、 I I级 粉 煤 灰 其 技 术 指 标 参 考 GB T1 8 7 3 6 -2 0 0 2 高 强 高性 能 混凝 土用 矿 物 外 加 剂 中“ 磨 细 粉 煤 弟 3 6吞 弟 2期 B 辛坶 土 ： 新 疆 I苛 巷 5 虫尼 。L ：r4 、 垸r 、 ) 瓦绸E A- 1 ； e 4 tJ 件 灰 ” 的标 准 、选 择 粉 煤 灰 时 要 严 格 控 制 其 烧 失 量 、 S O 和 细 度 烧 失 量 与需 水 量 比 有 很 好 的 相 关 性 ， 烧 失 量 低 的 粉 煤 灰 其 需 水 量 比 较 小 颗 粒 形 态 多 呈 球 状 微 珠 其 活 性 也 高 ( 3 )硅 灰 硅 灰 是 冶 炼 硅 铁 合 金 的 烟 道 灰 通 过 收 尘 袋 收 集 的 超 细 粉 末 。 硅 灰 为 无 定 型 的 球 状 玻 璃 颗 粒 ， 主 要 化 学 成 分 为 S i O ， 颗 粒 粒 径 为 水 泥 颗 粒 的 1 1 0 0 1 5 0， 比 表 面 积 约 为1 5 0 0 0 2 0 0 0 0 m2 k g ，具 有 很 高 的 活 性 ，是 配 置 高 强 ? 昆凝 土 的 最 好 的超 细 掺 合 料 硅 灰 的 技 术 要 求 参 考 GB T1 8 7 3 6 2 0 0 2 高强 高性 能混凝 土 用矿 物外 加剂 中“ 硅灰 ” 的 标 准 。 3 3高效 减水 剂 与其他 外加 剂 高 性 能 混 凝 土 的 应 片j 实 践 证 明 要 使 低 水 胶 比 的 高 性 能 混 凝 土 拌 和 物 具 有 较 大 的 流 动 性 又 易 于 施 工 操 作 和 质 地 均 匀 密 实 ， 则 必 须 掺 加 高 效 减 水 剂 高 效 减 水 剂 的 品 种 很 多 ，适 j 于 高 性 能 混 凝 土 的 高 效 减 水 剂 应 减 水 率 大 同 时 还 能 减 缓 混 凝 土 坍 落 度 损 失 根 据 减 水 剂 的 作 用 机 理 减 水 剂 实 际 是 水 泥 的 分 散 剂 其 品 种 的 选 择 通 常 是 通 过 减 水 剂 和 水 泥 的适 应 性 试 验 来 确 定 的 试 验 方 法 详 见 GB5 0 1 1 9 2 0 ( 】 3 混 凝 土 外 加 剂 应 刚 技 术 规 范 附 录 A “ 混 凝 土 外 加 剂 对 水 泥 的 适 应 性 检 测 方 法 ” 另 外 还 应 进 行 高 效 减 水 剂 与 胶 凝 材 料( 水 泥 + 超 细 掺 合 料 ) 的 适 应 性 试 验 应 选 择 与 水 泥 或 胶 凝 材 料 适 应 性 好 的 高 效 减 水 剂 品 种 。 即 减 水 剂 掺 量 少 、流 动 度 大 、流 动 度 损 失 小 抗 冻 、抗 侵 蚀 等 耐 久 性 要 求 高 的 高 性 能 混 凝 土 还 应 同 时 使 用 引 气 剂 特 别 是 掺 加 粉 煤 灰 的 高 性 能 混 凝 土 高 强 抗 磨 的 高 性 能 混 凝 土 存 有 受 力 钢 筋 约 束 的 条件 下 应 同时使 用 高效减 水 剂和膨 胀 剂。 大 体 积 混 凝 土 存 高 温 季 节 施 T ， 应 掺 加 缓 凝 高 效 减 水 剂 3 4骨 料 新 疆 地 区 的 天 然 砂 石 骨 料 非 常 丰 富 ， 分 布 也 广 ， 经 过 筛分 、水 洗加 工后 满 足 DL T5 1 4 4 -2 0 01 水 工 混 凝 土用 砂 或 J G J 5 2 -2 0 0 6规 范 中 C 3 0及 其 以 上 普 通 混 凝 土 用 砂 石 标 准 或 GB T1 4 6 8 4 - 2 0 0 1与 GB T 1 4 6 8 5 - 2 0 0 1标 准 中 I 、 I I类 建 筑 崩 砂 、用 石 标 准 要求 的骨料 均可 以使 用 砂 应 质 地 坚 硬 、 清 洁 、级 配 良 好 ，细 度 模 数 宜 在 2 2 3 0范 围 内 含 泥 量 小 于 3 0 ， 表 观 密 度 大 于 2 5 0 0 k 1 1 1 3 ， 硫 化 物 硫 酸 盐 含 量 小 于1 云 母 含 量 小 于 2 轻 物 质 含 量 小 于 1 性 小 于 8 。 粗 骨 料 的 最 大 粒 径 不 要 超 过 4 0 n m 岔 、7 尼量 小 于 1 表 观 密 度 大 于 2 5 5 0 k g m 硫 化 物 及 硫 酸 盐 含 量 小 于 0 5 针 片 状 颗 粒 含 量 小 于 1 5 坚 同 性 小 于 5 颗 粒 级 配 良 好 严 格 控 制 各 级 骨 料 的 超 、逊 径 含 量( 以 圆 孔 筛 检 验 ， 其 超 径 小 于 5 ， 逊 径 小 于 1 0 ) ，压 碎 指 标 小 于 1 2 对 于 高 强 抗 磨 的 高 性 能 混 凝 土 的 粗 骨 料 寅 用 最 大 粒 径 小 于 4 0 l l l m 的 碎 石 ( 责 任编 辑 陈 萍) 址 喜 喜 址 喜 善 屯 喜 址 址 止 喜 t 址 址 S 止 S 喜 驰 S 也 S t 址 L 喜 也 S 屯 止 S 驰 S t S 她 S 止 s 址 S 址 址 址 三 址 s ( 上 接 第 7 2页 )则 应 立 即 对 滑 动模 板 系 统 进 行 全 面 检 查 然 后 进 入 正 常 滑升 阶段 ( 2) 正 常 滑 升 。 正 常 滑 升 阶 段 是 滑 模 施 工 的 主 要 阶 段 ， 此 时 钢 筋 绑 扎 ，支 承 杆 连 接 和 加 同 都 应 配 合 混 凝 土 浇 筑 平 行 同 步 进 行 模 板 提 升 宜 在 混 凝 土 振 捣 后 进 行 ， 且 每 次 提 升 间 隔 一 般 不 超 过 0 5 1 0 h 在 滑 升 过 程 中要 随 时 检 查 模 板 系 统 、液 压 系 统 的 工 作 情 况 并 尽 量 减 少 升 差 进 入 正 常 滑 升 后 如 需 暂 停 滑 升( 如 停 水 停 电 或 风 力 在 六 级 以 上 等 ) 停 滑 施 工 缝 应 做 成 V形 ( 3 )末 升 。 当模 板 滑 升 到 距 水 平 结 构 面 下 1 5 m 左 右 时 ，应 放 慢 滑 升 速 度 ， 同 时 做 好 平 台 调 平 和 纠 偏 工 作 ，并 在距 圈梁 底 约 2 0 0 mi l l 时 随 浇 筑 的 同 时 做 好 测 平 、找 正 工 作 ，保 证 最 后 一 层 混 凝 土 均 匀 确 保混 凝土 面标 高及位 置 正确 3 4水 平、垂 直度 的控 制 ( 1 ) 垂 直 度 的 测 量 。 在 滑 升 模 板 组 装 完 毕 后 按 液 压 滑 模 系 统 观 测 点 平 面 布 置 冈 用 经 纬 仪 将 观 测 点 定 位 在 滑 升 模 板 削 阁 上 和 地 面 上 再 狄 复 核 无 误 后 挂 上 线 锤( 1 0 k ，对 正 观 测 点 ，并 记 录 数 据 滑 升后 每 隔 4 h测 量一 次线 锤 的偏 移 方 向和 位移 值 并 记 录 。 ( 2 ) 水 平 度 和 扭 转 的 控 制 在 滑 升 过 程 中 为 了 保 证 平 台 的 偏 差 控 制 在 要 求 的 范 同 内 通 过 控 制 干 斤 顶 的 升 差 来 控 制 平 台 的 平 整 度 。 为 此 。 一 方 面 采 用 水 准 管 每 次 滑 升 检 查 一 次 并 存 支 承 杆 上 做 控 制 性标 志 ；另 一 方 面 ，采 用 限位 器洞 整 升差 当垂 直 度 偏 差 现 倾 向 性 偏 移 或 扭 转 且 偏 移 超 过 5 mm 时 ，应 查 出 原 因 ，加 以预 防 或 校 正 本 工 程 采 用 滑 模 施 工 保 证 了施 T 进 度 节 约 了资金 ； 同时 ，筒 库 混 凝 土 表 面观 感 质量 较 好 无 拉 裂 、掉 角 现 象 ，筒 库 的 截 面 尺 寸 、垂 直 度 、 混 凝 土强度 等 都符 合设 计及 规 范要求 ( 责任 编辑 刘 书秋 )