耐腐蝕、高抗?jié)B混凝土排水管及管片技術(shù)研究

　　摘要：本文主要通過調(diào)查研究北京地區(qū)污水構(gòu)筑物耐久性問題，確定產(chǎn)生問題的原因，并針對問題提出相應的解決方案，并進一步對管片各項性能進行研究，優(yōu)化管片混凝土配合比，從而提高混凝土排水管及管片的耐腐蝕、高抗?jié)B性能。　　關(guān)鍵詞：耐腐蝕、高抗?jié)B、排水管、管片。　　為了確定排水管及管片的耐久性問題產(chǎn)生的原因，我們首先對北京地區(qū)污水構(gòu)筑物耐久性問題進行了調(diào)查。　　80年代初在全國范圍內(nèi)進行的水工構(gòu)筑物混凝土老化病害現(xiàn)狀調(diào)查，總結(jié)了我國水工構(gòu)筑物在耐久性方面存在的七類主要病害：裂縫；滲漏溶蝕；凍融破壞；沖磨和空蝕；碳化和鋼筋銹蝕；水質(zhì)侵蝕；堿骨料反應。對此七類病害從破壞形態(tài)上分類，又可直觀的歸結(jié)為混凝土開裂、滲漏、混凝土剝蝕破壞等三類。而排水管道與污水處理廠混凝土構(gòu)筑物所處環(huán)境畢竟不一樣。所以我們通過對污水處理廠混凝土構(gòu)筑物的現(xiàn)狀和存在問題進行調(diào)查分析并考慮排水管道的實際工作環(huán)境，提出了排水管道混凝土的主要破壞模式：滲漏破壞，包括變形縫和裂縫滲漏、混凝土抗?jié)B不足滲漏；碳化和鋼筋銹蝕；腐蝕破壞；堿骨料反應；凍融破壞。
　　為了解決排水管片的耐久性問題，我們提出了部分技術(shù)措施：原材料的優(yōu)選、配合比優(yōu)化設(shè)計、排水管材生產(chǎn)養(yǎng)護工藝完善、結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化等。　　并按照以上措施進行了系統(tǒng)研究。首先確定了用于北京地區(qū)的耐腐蝕、高抗?jié)B盾構(gòu)管片高性能混凝土的應用指標，應滿足如下要求：、水膠比不大于0.35，混凝土坍落度小于60mm，易于澆注和振搗；、抗壓強度等級大于C50；、為滿足12小時模具周轉(zhuǎn)，要求混凝土澆注后10小時達到脫模強度，約20Mpa。、具有高抗?jié)B性；、低堿集料反應性。、選用的膠凝材料應滿足III類環(huán)境強腐蝕要求。然后通過各種不同調(diào)整方案達到預期的設(shè)計指標要求。　　具體研究過程：試驗原材料的選擇應注意的幾項指標
1.1水泥　　由于水泥中C3A含量對混凝土的耐腐蝕性能不利，需選擇C3A含量較低的水泥；由于水泥中堿含量的增加會導致混凝土的堿骨料反應，而北京地區(qū)的砂石多為堿活性骨料，所以應控制水泥中堿含量。 1.2礦渣　　首鋼淬取礦渣，三種不同比表面積礦渣進行對比研究，主要包括比表面積為430 m2/kg、600 m2/kg、750m2/kg的磨細礦渣，推薦磨細礦渣比表面積在430±20m2/kg。 1.3外加劑　　為了更好的應用于混凝土中，并達到預期的效果，我們通過試驗對外加劑進行了復配，配制了適用于耐腐蝕高抗?jié)B混凝土管片的專用外加劑，組要組分包括：減水劑、早強劑、緩凝劑、密實劑、保塌劑。另外在選擇上還要遵循低摻量、低堿、無氯原則。配合比的優(yōu)化設(shè)計 2．1摻合料對混凝土性能的影響 2．1．1摻合料對混凝土收縮性能的影響　　1、從磨細礦渣對混凝土收縮的影響的試驗研究中我們得出結(jié)論：單獨使用磨細礦渣配制耐腐蝕、高抗?jié)B混凝土時，應控制其比表面積不宜過大和摻量不宜過高，過大的比表面積會使混凝土管片開裂的時間提前，并增大裂縫寬度。推薦磨細礦渣比表面積在430±20m2/kg。　　這里我們作了不同比表面積磨細礦渣、在混凝土中的不同摻量的配合比試驗研究，收縮試驗研究主要是通過圓環(huán)試驗，其試驗結(jié)果要比普通混凝土收縮試驗更符合實際應用條件要求。　　2、從粉煤灰對混凝土收縮的影響的試驗研究中我們得出結(jié)論：隨著粉煤灰摻量的增加，混凝土的自由收縮率在減少，當摻量大于30%后，減少收縮的效果就不太明顯。從圓環(huán)收縮開裂結(jié)果來看，摻加粉煤灰后混凝土的初裂時間明顯延長，開裂寬度明顯降低，當摻量大于30%后，延長初裂時間和降低開裂寬度的效果也不再太明顯。可見，摻加粉煤灰可以明顯延長混凝土的初裂時間和減少混凝土的收縮。　　3、從粉煤灰和礦渣復合摻入對混凝土收縮的影響的試驗研究中我們得出結(jié)論：從混凝土初裂及24小時后裂縫寬度結(jié)果來看，粉煤灰和礦渣復合摻加后與空白混凝土或單摻礦渣的混凝土相比，明顯延長混凝土的初裂并降低24小時后裂縫寬度。在粉煤灰同摻量情況下，雙摻混凝土的初裂時間和24小時后的裂縫寬度與單摻粉煤灰的混凝土基本一致。 2.1.2摻合料對混凝土強度的影響　　1、由表1 我們可以看出，采用我們自己配制的外加劑時，和不使用粉煤灰的空白混凝土相比，單摻Ⅰ級粉煤灰混凝土單方用水量減少，混凝土早期強度和后期強度均有所提高，而且強度隨著摻加量的增加而增大。　　2、和不摻礦渣的空白混凝土相比，單摻S95水淬礦渣混凝土單方用水量增加，混凝土早期強度降低明顯，而后期強度均超過空白混凝土，而且強度隨著摻加量的增加而增大。　　3、粉煤灰和礦渣復合摻加后，混凝土的單方用水量變化不大，而混凝土早期和后期強度明顯增加很多。　　2.1.3摻合料對混凝土抗?jié)B性能的影響　　雙摻混凝土氯離子擴散系數(shù)比單摻或空白低一倍以上。隨著摻合料摻加量的增加，氯離子擴散系數(shù)隨之減小。　　這里采用清華大學開發(fā)研制的NEL氯離子擴散系數(shù)法進行抗?jié)B性能試驗。表 1 混凝土配合比及抗壓強度試驗及收縮試驗結(jié)果

編號		SK-1	SK-2	SK-3	SK-4	SK-5	SK-6	SK-7	SK-8	SK-9	SK-10
礦渣，kg/m3		--	20％	30％	40％	60％	--	---	15％	30％	40％
粉煤灰，kg/m3		--	--	--		--	20％	30％	15％	20％	20％
水，kg/m3		165	166	168	170	174	159	155	164	162	166
坍落度，mm		60	65	65	70	70	60	60	65	70	75
R3，Mpa		32.1	29.5	27.0	25.7	23.5	35.5	37.2	32.5	31.7	29.6
R7，Mpa		46.5	42.5	40.9	38.4	36.5	49.4	52.3	47.8	46.0	44.5
R28，Mpa		58.5	60.5	62.3	64.5	68.5	63.7	67.5	64.5	69.0	70.5
R90，Mpa		64.5	66.1	68.2	69.5	70.2	67.1	69.5	66.5	72.5	73.4
40℃蒸養(yǎng)12小時，Mpa		31.5	28.4	26.5	24.5	24.3	32.5	30.2	29.1	30.8	28.5
蒸養(yǎng)后泡水7天，Mpa		50.3	52.5	54.2	57.5	60.3	53.6	58.2	56.5	61.8	64.5
圓環(huán) 結(jié)果	初裂時間	12	12	12	12	11.5	17	18	16	17	17.5
圓環(huán) 結(jié)果	初裂24h后裂縫寬度	0.045	0.042	0.044	0.045	0.048	0.032	0.025	0.035	0.03	0.032

2.2外加劑對混凝土性能的影響　　這里我們利用自配的專用外加劑試驗結(jié)果為：隨著TK-1摻量的增加，混凝土凝結(jié)時間延長，坍落度損失減小。TK-1對混凝土初凝時間影響較大，但對混凝土終凝時間影響較小，有利于混凝土蒸養(yǎng)工藝。

2.3另外我們還對不同配合比的混凝土試塊進行了耐腐蝕試驗研究　　通過濃度為10%硫酸鎂、10%氯化銨、污水、清水四種介質(zhì)。采用長齡期的浸泡和干濕循環(huán)加速腐蝕試驗觀察試件的外觀、強度變化、重量變化來評價其耐腐蝕性能。長齡期浸泡試驗得出以下結(jié)論：空白混凝土在10%硫酸鎂、10%氯化銨和污水中腐蝕系數(shù)基本小于0.90；當單摻磨細礦渣時，磨細礦渣摻加量為20%時，混凝土在三種腐蝕介質(zhì)中的耐腐蝕系數(shù)均小于1，當摻量為30—60%時，三種腐蝕介質(zhì)中混凝土的耐腐蝕系數(shù)均大于1；當單摻粉煤灰時，摻加20%和30%粉煤灰后在三種腐蝕介質(zhì)中混凝土的耐腐蝕系數(shù)均小于1；當磨細礦渣和粉煤灰各15%混合摻加后在硫酸鎂和氯化銨中混凝土的耐腐蝕系數(shù)均小于1，在污水中的腐蝕系數(shù)大于1，當20%粉煤灰和30%、40%礦渣混合摻加后在三種腐蝕介質(zhì)中混凝土的耐腐蝕系數(shù)均大于1。從試件的外觀來看，空白混凝土與單摻粉煤灰混凝土在10%氯化銨中浸泡1年后表面局部有腐蝕現(xiàn)象，單摻20%礦渣的混凝土也有被腐蝕的跡象，而礦渣摻量在30%以上的混凝土外觀保持完好?？梢娫诨炷林袩o論是單摻或雙摻，磨細礦渣至少要30%對改善混凝土的抗鹽腐蝕性才有明顯效果，并且隨著磨細礦渣摻量的增加，作用更明顯。　　干濕循環(huán)加速腐蝕試驗和長齡期的侵泡試驗結(jié)果相吻合。其中：

結(jié)論：　　1、粉煤灰和礦粉的共同加入對混凝土的排水管的耐久性是十分有益的，但其摻入量要在合理的范圍內(nèi)才能使混凝土的耐久性達到最佳狀態(tài)；　　2、通過試驗驗證我們所配制的TK－1型耐腐蝕、高抗?jié)B混凝土管片專用外加劑可以很好的滿足混凝土設(shè)計要求；　　3、混凝土排水管用原材宜采用C3A含量低，堿含量低的水泥；比表面積在430±20m2/kg的礦渣以及采用低水灰比；　　4、利用圓環(huán)法對管片用混凝土收縮性能進行評估更能體現(xiàn)管片在實際工程中的收縮狀態(tài)；利用電通量法更適合于對管片用混凝土的抗?jié)B透性能的評估。北京市市政工程研究院北京港創(chuàng)瑞博混凝土有限公司北京市瑞博水泥制品有限責任公司