粉煤灰对既有混凝土构件的腐蚀及处理.pdf

2 01 0年 6月 第 7卷第2期 深圳 土木 与王 聿筑 V0 L _ 7 N0 2 l UN2 0 1 0 粉煤灰对既有混凝土构件的腐蚀及处理 傅淑娟 李敬业 赵崇恒 李大伟 刘建洪 ( 深 圳市天其佳实业有限公司 ) 【 摘要】某发 电厂粉煤灰筒仓混凝土结构发生钢筋锈蚀及构件开裂事故，经检测分析发现事故由粉煤灰对 既有混凝土构件腐蚀所至，经采取钢 筋除锈、喷 P C砂浆保护等措施后修复 了构件 ，保证 了正常生产。本 文对今后粉煤灰的堆放、清洗等提 出了建议。 I 关键词l粉煤灰 既有混凝土构件 腐蚀 处理 保护 1工程概 况 东莞某火力发 电厂位于虎门， 粉煤灰的筒仓，筒仓为桩基础，主体为钢筋混凝土 厂 内有两座储存 结构，由框架及落地筒壁支撑。在1 4 2 m标高处为 钢筋混凝土底板 ，筒仓顶板标高为3 1 5 m。 傅 淑娟， 深圳市 天 其佳实 业 郁 公 司 筒仓由香港奥雅纳工程顾 问公司在 1 9 8 5年设 地址： 深 圳市田 面 村设 计二 栋二 单元 综合 楼二 楼 计，香港滑模工程公司，于 1 9 8 6年施工。 电 话： 8 2 4 0 1 6 8 7 筒仓外貌见图 1 ，首层及二层平面图见图 2 ， 图 6 加固现场图 图 7 加固示意 图 福 田园岭八角楼顶 园岭八角楼主楼屋面 四周悬臂板开裂 、渗漏 ， 经检测 ，由于施工时将楼板面负筋踩下，悬臂板已 有下垂，加固要求需补负钢筋，并应调整板下垂直 及修补裂缝。 用小预应力法加固，先灌浆补强，小预应力值 为0 4 f y=8 4 N mm ， 在悬臂外端将加固螺杆用锚 板焊接固定，在悬臂板连接梁处施加小预应力法 ， 做法是用角钢加螺栓固定，螺杆穿过角钢 ，用螺母 施加预应力，确定扭力扳手值跳花施力，验收时甲 方用扭力扳手测试， 确认预应力值， 面刷 P C砂浆 ， 使用至今，悬臂板己复位，效果良好 。加固示意见 图 6 、图 7 。 宝安某厂房框架梁产生梁端斜裂缝，经检测， 混 凝 土 强 度 值 低 引 起 ，故 在 梁 端 加 钢 筋 箍 ， 须劫 =0 4 厂 y=8 4 N mm ，加 固后 ，效果 良 好。加固示意见图 8 。 5， J 、 结 ： 小预应力工法是对混凝土规范规定 的预应 力技术的补充 ，适用于一般受弯构件的加固及活动 裂缝 的处理； 小预应力工法施加预应力 的工具为扭力扳 手 ，主要技术参数为扭力扳手的扭力值与预应力钢 筋中拉力的相关关系，通过试验或计算可获得该参 数 ； 工程实例表明，小预应力工法受力明确，施 工简便，造价低廉 ，便于检查，是加固受弯构件， 处理工程裂缝的良好方法； 若对大型构件采取 “ 体外预应力法 ”加固仍 应参照有关 “ 规范”“ 图集 ”的要求施工 。一 图 3 。 大约在 2 0 0 0年厂房即发现筒仓一层 、二层的 99 2 0 1 0年 6月 第 7卷第 2期 深 圳 土木 与建筑 VOL 7 NO 2 I UN2 0 1 0 混凝土柱、梁、板及筒壁有较多裂缝，当时请了一 防水公司用防水材料对构件用外包法保护，外包厚 约5 0 ram。 2 0 0 6年发现构件继续开裂 ，外包防水层似乎 不起作用，相当多的外包层亦随着构件开裂 ，裂缝 位置不规则 ，柱、粱、筒壁上均有 ，裂缝最宽处约 为1 5 ram，见图 4 。 为分析裂缝原因，及时进行处理，业主委托我 司进行检测鉴定。 100 t 、 、 l ! 、 0 ： 、 f仓外貌图 ： _ ： 一 0 fj 、 =一 谚 j 。 J ” 、 - - _ l ， 、 、 - - ， 0 ， 。 一 1 、4 邶 I J ! 十 。 J i - 玲 j ； 爱叠 ： 、一 移 图 4 构件开裂图 2检测鉴定情况 2 0 0 7年我司与 “ 深圳清华苑建筑设计公司” 对此座筒仓进行检测 ，检测 内容包括： 构件尺寸检测 ；混凝土强度检测 ；承重 构件配筋检测；结构和构件损失及缺陷情况检测 筒仓氯离子含量检测等 。 根据检测结果对结构进行核算 。 检测鉴定结果： 筒仓下部框架柱、梁、板、筒壁等部位满足 承载力要求；混凝土的氯离子含量符合规范要求； 筒仓下部 内壁、首层框架梁、板、柱 ，二层部分 柱有大量裂缝存在危险点和不安全因素；从裂缝 的位置及形态分析，裂缝产生的原因与粉煤灰的腐 蚀有关 。 粉煤灰对既有混凝土构件腐蚀机理分析 。 2 1电厂粉煤灰的成分见表 1 ： 从表 1中看出，按照有关标准，厂里的粉煤灰 属于优质高钙粉煤灰 ( C a O含量超过 5 ) 。 我们也注意到粉煤灰 中含有硫酸根s 一 。 2 2在混凝土生产中添加粉煤灰的作用： 众所周知，粉煤灰是 良好的混凝土添加剂，在 混凝土的拌制过程中，添加适量的粉煤灰可以减少 水泥用量，从而减少混凝土在硬化过程收缩，防止 混凝土的开裂。 粉煤灰为什 么不 会在 混凝 土的拌制过程 中对 混凝土产生腐蚀呢 ?这是 由于粉煤灰 中含有活性 C a O，在混凝土拌制过程 中与其中的水分发生反应 产生 0 H一，呈碱性，会与粉煤灰 中的硫酸根发生 中和反应 ，最终使得最后制成的混凝土呈墙碱性 ( P H值大于 1 1 ) ，从而保护钢筋不受腐蚀 。 2 。3散落的粉煤灰对既有混凝土构件的腐蚀分 析 ： 水泥硬化 ，混凝土凝固，构件停止 中和反应， 若把粉煤灰放在混凝土构件表面，则粉煤灰 中的硫 酸根离子5 一 及空气中碳酸根离子c D 一 会吸附在 2 0 1 0年 6月 第 7春第 2期 深圳 土 木 与建筑 V0 L 7 N0 2 l UN2 0 1 0 粉煤灰颗粒表面并顺 着混凝土毛细孔渗入混凝土 内部，当s 一 及c 0 ； 一 达到钢筋表面时，会使钢筋 脱钝 ，产生一系列物理、化学反应 ，使钢筋锈蚀 ， 即造成对混凝土构件的侵蚀。 硫 酸盐及其他 因素对 混凝 土构件侵蚀造成 的 损失是十分严重的，据资料统计 ，1 9 9 9年我国因 各种腐蚀造成的损失约 1 8 0 0 3 6 0 0亿元，由于全 球环境恶化，每年因各种腐蚀造成 的这种损失呈倍 用 的 2 3倍 。 正因为硫酸盐的腐蚀危害巨大 ，国内外对其腐 蚀的分类、防护等进行了较多研究。 美 国标准局 曾用不 同的混凝 土构件和混凝 土 水管埋入不同地区的土壤中进行试验 ，结果发现当 地下水中硫酸盐含量在 0 1 1 之间时，经过 8 年，质量较好的这些混凝土试件均受到腐蚀破坏 。 美国标准 A C I 3 1 8 3 8将硫酸盐环境分成 4 种情 增加，而且 由于侵蚀导致的修补费用是初期建设费 况 ，并列出相应的防护要求，见表 2所示 ： 表 1 粉煤灰的成分表 检验项目 单位 检测结果 检测项目 单位 检测结果 二氧化硅 S i 0 2 3 9 5 5 三氧化硫 S O 3 O 6 6 三氧化铝 A 1 2 0 3 4 1 3 5 氧化钾 K 2 0 0 4 9 全三氧化二铁 T F e 2 0 3 3 9 2 氧化钠 N a 2 0 0 2 7 五氧化二磷 P 2 0 5 0 4 4 氧化钙 C a O 6 8 2 二氧化钛 T i 0 2 1 4 4 氧化镁 Mg O 0 8 9 表 2 硫酸盐腐蚀分类及防护要求 ( A C 1 3 1 8 - 3 8 ) 硫酸盐含量 腐蚀程度及防护要求 土壤中 0 1 或水溶液中低于1 5 0 x 1 0 ( mg L ) 可忽略，对水泥品种水灰比不限 土壤中 0 1 O 2 或水溶液中 ( 1 5 0 1 5 0 0 )x l 0 。 ( mg L ) 中等侵蚀 。W C 0 5 ，火山灰水泥或矿渣水泥 土壤中 0 2 - 2 0 或水溶液中 ( 1 5 0 0 1 0 0 0 0 )x l 0 ( mg L ) 严重侵蚀。w c o 。 4 5 ，A S MV型水泥 土壤中大于 2 0 或水溶液中大于 1 0 0 0 0 x 1 0 6( mg L) 非常严重侵蚀 。w c o 5 ，A S MV型水泥+ 掺合料 图 5 硫酸盐对混凝土构件的侵蚀过程图 筒仓粉煤灰 S 0 3含量为 O 6 6 ( 折算成硫酸盐 厂滨海，空气潮湿，1 #、2 #筒仓中有很多管道 ， 含量约大于 1 ) ， 当粉煤灰散落在混凝土构件表面 温度较高，更D r J D N 重了粉煤灰对混凝土构件 的腐蚀 。 时，就相当于混凝土构件埋在含硫酸盐的土壤中， 2 4硫酸盐对混凝土构件的侵蚀过程如图 5所 由上表可见，混凝土构件将受到严重侵蚀。而且 电 示。 1O1 0 1 0年 6月第 7卷第 2 V0L 7 N0 2 I UN2 0 1 0 钢管混凝土叠合柱在超高层建筑结构中的应用与研究 尧国皇 1陈宜言 1郭明 1黄用军 2宋宝东 2 ( 1 深圳市市政设计研究院有限公司 2 _ 中建国际 ( 深圳 )设计顾 问有 限公 司) 【 摘要】钢管混凝土叠合柱 由于具有承载力高和抗震性能好等优点，在实际工程 中的应 用越来越广。本文 以深圳卓越 皇 岗世纪中心项 目的塔楼为例， 介绍 了钢管混凝土叠合柱在超 高层建筑结构的应用和开展的研 究工作 ，具体包括构件及节点的计算与设计、柱脚设计 以及工程应用。本文介绍的有关方法和结论，可供 参考。 【 关键 词 】超 高层 钢 管混凝 土 叠合柱 设计 0前言 钢管混凝土叠合柱 ( 以下简称 “ 叠合柱 ” )是 尧国皇，深圳市市政设计研究院有限公司，工学博士 地址：深圳市笋岗西路 3 0 0 7号市政设计大厦附楼 ，5 1 8 0 2 9 电话 ：1 3 3 8 0 3 8 2 7 2 0 由截面 中部 的钢管混凝土 】 和钢管外的钢筋混凝土 叠合而成，这类组合构件不仅具有钢管混凝土构件 的优点，而且钢管外的混凝土还可以起到抗火作用 且便于装修，目前 己经不少钢管叠合柱应用 的工程 实例，如 2 3层的辽宁邮政枢纽大楼 、4 0层 的深圳 诺德金融中心大厦等 ，取得了 良好建筑效果和经济 上述过程多次循环，会使得混凝土构件产生严 在不停产的条件下进行加 固修复，而上部筒仓中有 重开裂、保护层剥落、钢筋外露进而钢筋锈蚀、构 数百吨粉煤灰储存并不断补充 ，首层不断有汽车拉 件截面削弱和承载力降低 。 走粉煤灰到有关工地 。为保证安全 ，在加固施工前 3处理 除首层出汽车通道外，搭建了满堂脚手架，起到了 3 1确定方案： 支撑、卸荷作用；对 P C材料采用喷涂工艺：在 在分析清楚腐蚀原因 的基础上 ，对 已进行 的 加固工程中对 P C材料可用 “ 抹涂”及 “ 喷涂 ”两 “ 外包表面保护”处理不足进行了分析，可认为单 种方式，为保证质量在本工程中一律采用喷涂，则 纯的 “ 表面封闭” 、“ 表面保护”并未除去钢筋表面 可使 P C保护层更均匀、更密实 。 的锈蚀，也并未阻止硫酸盐再次侵蚀 的路径，所 以 3 _ 3提出日后加强维护措施 ： 处理效果不明显。 为确保加固质量，防止粉煤灰对既有构件的腐 经讨论，制定了以下处理方案： 蚀 ，我司向厂方提 出了加强对筒仓进行巡查和定期 去掉原有的保护层，露出原有的构件混凝土 清扫的要求。并指出清扫时一定不能用水冲洗 ，以 表面； 仔细查找裂缝 ， 凡有裂缝 的部位一律打开， 免使硫酸根溶于水，加重腐蚀。 打到钢筋表面； “ 刮骨疗毒 ” ：彻底清除钢筋表 本工程己完工一年多，目前使用状况 良好，受 面的锈蚀，若钢筋面积损失较多，应用搭接焊的方 到业主好评。 法补充钢筋；钢筋防锈：对打出的钢筋一律涂刷4小结 环氧树脂漆防锈；用 P c材料表面封闭：P c材料 本文通过一个较特殊的工程实例分析了粉煤灰 是我司研制成功的新型加固材料，是聚合物水泥砂 对既有混凝土构件的腐蚀机理， 提出了有效的处理方 浆的简称 ( 见资料 2 、3 ) ，其具有强度高，粘接性 法和维护措施。 对今后粉煤灰在生产和使用过程中的 好 ，材料密实，抗腐蚀等优点。喷涂表面封闭，范 堆放等提供了应注意的事项，有较大参考意义。 围宜适当扩大 ；养护：封闭后，表面进行湿养护 参考资料： 及干养护。 【 1 冯 乃谦等混 凝 土机构的 裂缝与 对 策 M 机械 工 业出 版社 3 2施工 【 2 】 傅 淑娟等用P C 材料 置换 法加固 钢 筋混 凝土 梁 j 】 建 筑科学 ， 2 0 0 5 ， 按照确定的方案， 自 2 0 0 8年底至 2 0 0 9年初进 3 行施工。施工中逐条取 了几项辅助措施 ： 3 傅 淑娟 等 用P C 材料 加固 钢筋 混 凝土柱【 J 】 深圳土 木 与建 筑， 2 0 0 6 ， 设置满堂脚手架：由于生产要求，厂房要求 3 _ 102