辅助胶凝材料和外加剂对海工混凝土耐腐蚀性的影响

杨行兴

(江苏苏博特新材料股份有限公司，江苏 南京 210000)

海洋工程由于长时间受到海水或者海风的影响，必然会对海洋工程中的混凝土结构造成一定的腐蚀，从而影响到海洋工程的强度、质量和耐久性。毕竟海水中的氯离子、镁离子和硫酸根离子能够通过混凝土的空隙来形成渗透的情况。氯离子渗透到钢筋后会对钢筋造成腐蚀，而镁离子以及硫酸根离子则会造成混凝土膨胀出现裂缝的情况。由于工业工程受到环境侵蚀相对严重，因此使用寿命相对较短，而且因为破坏以及维护而消耗的成本也过高，因此对海洋工程混凝土耐腐蚀性的研究是非常重要的。

1 原材料选择

在本试验中所采用的的原材料如下：首先是水泥，本次试验所采用的水泥利用了P·O42.5R级水泥，其细度为1.2%而密度则为3.08kg/m3。而粉煤灰则采用了二级灰，细度为22%而密度为2.35kg/m3。矿渣则利用了S95级矿渣，细度为0.9%，比表面积则是479kg/m2，而密度是2.87kg/m3。硅粉则是利用了EBS-S型硅粉，在经过氮吸附法进行检测之后确定了比表面积为20g/m2，而密度是2.26kg/m3。

细集料则根据相关施工规范进行选择，毕竟工业工程对于混凝土骨料质量的要求非常高，因此本次试验采用了东江砂，其细度模数是2.6，而级配区则是二区的中砂，级配非常好，而表观密度是2 630kg/m3，堆积密度则是1 410kg/m3，含泥量达到了2%，而泥块含量则是0.5%，从中还包含了0.003%的氯离子。粗集料则利用了福州市场的碎石料，粒径控制在5mm～31.5mm之间，级配也非常好，同时堆积密度是1 470kg/m3，表观密度达到了2 590kg/m3，针片状颗粒含量为5.4%，而含泥量是0.1%。而膨胀剂则是采用了HME-III型膨胀剂。

减水剂采用了两种，首先是FDN型萘系液体缓凝减水剂，这个减水剂的固含量为29.2%，而氯离子则为0.029%；另外则是PCA-I聚羧酸缓凝高性能减水剂，其中固含量为24.1%，氯离子包含了0.008%，通常会利用到含硅粉的混凝土中。引气剂则利用了GYQ-III型引气型减水剂，其中固含量为30.7%而氯离子则包含了0.02%，引气量为3%。防水剂则利用了KLJ-I型液态防水剂，其中固态含量为26.1%，氯离子则包含了0.02%。

2 试验采用的方法以及试验中的配合比

2.1 利用电量法对混凝土氯离子的腐蚀性进行测试

该试验采用了美国的标准电量法来对混凝土氯离子的腐蚀性进行测量，而我国的相关标准依然对此方法做了一定的参考，只不过我国混凝土的试验基本利用了立方体试验块，而美国基本采用了圆柱体。因此，本试验将100mm×100mm×100mm的立方体切割而成了100mm×100mm×50mm试验块来进行该方法的试验。在进行六小时的试验后，通过对50mm厚试验块的电量值来进行检测，如果电量值低则说明了混凝土的抗渗透性就越强。对于大部分陆地用的混凝土来说，电流值小于1 500C就能够充分满足建设要求，而水下区域则需要电量值小于1 000C的才可满足，对于混凝土耐久性要求更高的工业工程则需要小于800C才能确保其质量。

2.2 强度比

本试验对于强度比的研究采用了全浸泡的方法，并且利用了100mm×100mm×100mm的立方体试验块来进行，并且在标准养护的情况下浸泡28d进行去除，在放入到5%的硫酸钠溶液中继续浸泡，而受腐蚀的时间则从试验块浸泡到硫酸钠溶液中开始计算。之后再根据试验的设计龄期来取出浸泡在硫酸钠溶液以及水中的试验块，并且对二者混凝土的抗压强度进行试验，从而得出二者抗压强度的区别。

硫酸盐在对混凝土进行侵蚀后会让混凝土内部形成一定的钙矾石，而钙矾石的结构则是发射性针状结构，同时也会互相紧密搭接，这种结构非常有利于加强混凝土的抗折强度，所以单纯利用抗折强度来对比很难得出更加真实的数据，甚至不利于混凝土抗腐蚀性的后续研究工作，因此本试验则改用了对抗压强度进行对比，进而确保抗腐蚀性试验数据的真实性。

2.3 试验配合比

本试验的用水量统一化制定为170kg/m3，并且在进行改变水胶比、掺合料类型和掺量以及掺入到混凝土中各种能够提高混凝土抗渗能力的材料，从而得到耐久性最高而且成本最低的几种配合比。在对各种配合比进行试验之后，除了掺入硅粉的配合比粘，其他配合比的和易性都非常好，而且试验的配合比坍落度也能够控制在160mm～200mm之间，1h的坍落度损失能够控制在30mm之内。掺入硅粉的混凝土在混入FDN型萘系液体缓凝减水剂为2.5%的时候，硅粉混凝土的流动性会稍显不足，因此，需要增大减水剂的用量，不过在减水剂增加到2.8%时，则会出现和易性以及可泵性不佳的情况，而且凝结的时间也非常长，因此，后期的试验便改成了PCA-I聚羧酸系缓凝高性能减水剂，其和易性以及可泵性的效果会更好一些。

3 试验结果

3.1 水灰比的影响

首先是水灰比对混凝土抗氯离子腐蚀的情况，其中电量值也直接反应了混凝土对氯离子抗腐蚀性能的优劣性。在试验中我们可以得知，混凝土的电量值也会随着水灰比的上升而上升，其中每上升0.5则会增加200C电量值，其中水灰比越大而电量值的增加也会越来越明显。由此可见，对混凝土氯离子渗透性的影响基本存在两种情况，首先是混凝土对于氯离子渗透扩散的阻力，其次则是混凝土对氯离子物理结合或者化学结合的能力，也就是固化能力。混凝土对于氯离子渗透的阻力会受到混凝土的密实性以及空隙结构所干扰。不过在提高混凝土水灰比的过程中，必然会出现泌水的情况，因此也会造成骨料以及浆体变得相对疏松，而且泌水也会对没有规则的毛细孔通道进行连通，从而减少了混凝土的抗渗性，造成外部介质更加容易入侵到里面，进而影响了混凝土的耐久性。其次则是混凝土的抗硫酸盐侵蚀，这方面可以通过观察混凝土的抗压强度来进行对比，从试验中我们可以得知，当水胶比从0.4上升到0.45的时候，强度相对来说会减少，曲线也会形成水平状态，而在超过0.45时则会出现强度曲线下降的情况，因此可以得知水胶比的上升也会对混凝土抗硫酸盐腐蚀的能力带来极大的负面影响。毕竟硫酸盐是利用其扩散的形式进入到混凝土内部，而且会和水化产物产生化学反应，并且产生结晶膨胀而破坏混凝土的结构。在提高混凝土水胶比的过程中，水泥石中连通的毛细孔通道会增加，进而降低了混凝土的抗渗性。因此，水胶比过大的情况下必定会出现泌水的情况，进而造成外部硫酸根离子的侵入，从而让混凝土的抗硫酸盐腐蚀能力得到显著下降。

3.2 凝胶材料的影响

首先是凝胶材料对抗氯离子侵蚀性能的影响，在试验中我们可以得知，不同比例双掺粉煤灰以及矿渣混凝土的电量变化，在掺入25%的粉煤灰后混凝土的电量会出现大幅度下降的情况，会接近空白样的30%，而降掺合料的掺量增加到45%的时候，电量依然会出现下降的情况，因此可以得出掺合料对于混凝土电量值的降低是非常有用的，所以能够加强混凝土对于氯离子侵蚀的抵抗力。因此当掺合料保持在45%的时候，粉煤灰以及矿渣改变，尤其是矿渣比例的提高，更有利于加强混凝土的抗氯离子渗透性。其次则是抗硫酸盐的侵蚀，在对双掺粉煤灰以及矿渣混凝土的抗压强度对比试验后我们可以得知，加入25%粉煤灰后的混凝土强度会得到有效提升，因此掺合料的产量也会促进强度的增加，也就是能够有效提升混凝土的抗硫酸盐性能。当掺合料的产量加大时，对于加强混凝土抗硫酸盐侵蚀的性能便会更加有利。

3.3 外加剂的影响

首先是外加剂的抗氯离子侵蚀性能，在对二次掺入15%粉煤灰以及30%矿渣的基础上在加入其它改善混凝土抗氯离子渗透能力组分后可以得到混凝土的电量，在进行分析后得出，外加剂能够有效改变混凝土对氯离子的抗渗透能力，而改善能力为硅粉会大于膨胀剂，膨胀剂大于引气剂，而引气剂则大于防水剂。在对硅粉和膨胀剂进行复掺之后我们发现，电量值比单独掺入等量硅粉会增加不少，因此可以得出恢复加膨胀剂并不能产生良好的叠加反应。而防水对于加强混凝土耐久度来说是非常重要的，尤其是防水所形成的隔离层，能够有效改变混凝土的表面性质，从而防止氯离子的入侵，进而减缓混凝土的老化。其次则是抗硫酸盐腐蚀的性能。在对二次掺入15%粉煤灰以及30%矿渣的基础上在加入其它改善混凝土抗硫酸盐腐蚀能力组分后，我们可以得到混凝土抗压情况的变化。在对试验数据分析后我们可以发现，所有措施都能有效改善混凝土中的抗硫酸盐腐蚀能力，尤其是引气剂以及膨胀剂，防水剂相对不足，而硅粉则是最后。若是将硅粉和膨胀剂进行复合，则效果会介于单独掺入硅粉和膨胀剂之间。其中防水剂能够在混凝土的外面形成有效的隔离层，确保能够阻止硫酸盐的侵入，因此，相对来说更有利于抵抗硫酸盐的腐蚀性。

4 实验结论

在完成实验后，根据实验结果分析我们可以得出如下结论。

(1)水灰比对于混凝土抗渗性的影响是成正比的，如果水灰比越大，混凝土的抗渗性影响也会越大，若是水灰比超过0.45时，混凝土的抗渗性则会因为出现离析泌水而产生大幅度下降的趋势，同时混凝土的抗氯离子以及抗硫酸盐侵蚀的性能也会出现下降的趋势。

(2)粉煤灰以及矿渣等矿物的掺合料能够有效改变水化产物以及优化界面结构，有致于混凝土抗渗性的提升。而且掺合料本身具有非常强大的初始固化能力以及二次水化反应物的物理化学吸附和固化作用，因此能够非常有效地减少氯离子在混凝土中的渗透速度，并且加强混凝土中抵抗氯离子侵蚀的能力，同时矿渣的吸附能力要强于粉煤灰的吸附能力，因此，矿渣更有利于加强混凝土抗氯离子的侵蚀性。

(3)粉煤灰和矿渣等掺合料所产生的二次水化物能够有效降低水泥石的孔隙率，从而确保水泥石密实性的增加，而且还会对水化产物进行优化，有助于提高混凝土整体的抗硫酸盐腐蚀能力。同时由于矿渣的微细集料和活性效应变得更加显著，因此，在改善混凝土抗硫酸盐腐蚀性的过程中会显现出更加明显的作用。

(4)在海洋工程当中经常会利用到改善混凝土抗氯离子腐蚀的措施，各措施对混凝土抗氯离子腐蚀的改善能力为硅粉大于膨胀剂大于引气剂大于防水剂，毕竟硅粉具有非常强的填充作用，而且还具有高火山灰活性的优势，因此，硅粉成为了改善混凝土抗氯离子腐蚀性最理想的外加剂。

(5)在海洋工程当中经常会利用到改善混凝土抗硫酸盐腐蚀的措施，各个措施对混凝土抗硫酸盐腐蚀的改善能力为硅粉大于膨胀剂大于引气剂大于防水剂，该措施同样运用了硅粉具有强填充作用以及具有高火山灰活性的优势，不过相对来说硅粉的价格过高，而且在使用之后会产生混凝土和易性不容易控制的情况，因此在实际的操作和应用过程中，可以尽量利用效果稍有不足但成本较低的膨胀剂。

(6)如果将硅灰以及膨胀剂进行复掺的话，混凝土的抗渗性反而会出现下降的趋势。在完成复掺实验并且对实验结果进行分析之后我们可以得出如下结论：掺入有利于提高混凝土抗渗性的材料和组分时一定要对其掺入量进行控制，掺入量过高则会对混凝土本身的密实结构造成一定的破坏，进而会造成混凝土抗氯离子和抗硫酸盐侵蚀能力出现降低情况。

5 结 语

总的来说，在经过不断的试验之后我们能够清楚的了解辅助胶凝材料以及外加剂对于海洋工程混凝土抗腐蚀性的影响，并且得出一系列的结论和措施，像是控制水胶比在0.45左右、加强粉煤灰和矿渣的掺合料、积极在混凝土中掺入硅粉、利用粉煤灰以及矿渣掺合料的二次水化物可以减少水泥石的孔隙率等等，希望能为海洋工程混凝土抗腐蚀性的发展提出一些宝贵的意见。