活性摻合料對地鐵混凝土雜散電流的抑制作用

[摘　要]　采用磨細礦渣和粉煤灰等活性摻合料,對地鐵混凝土抗雜散電流性能進行對比試驗研究,結(jié)果表明,摻加活性摻合料使混凝土鋼筋鈍化膜電阻Rc和累積電量得到提高,從而使地鐵混凝土的抗雜散電流能力顯著增強。

[關(guān)鍵詞]　摻合料;　地鐵;　混凝土;　雜散電流

0引言　　

雜散電流,是指由采用直流供電牽引方式的地鐵列車在地鐵長期運行后其受到污染、滲漏和高地應(yīng)力破壞等原因而泄露到道床及其周圍土壤中的電流。它可能使地鐵列車周圍的埋地金屬管道、通訊電纜外皮以及車站和隧道主體工程中的鋼筋發(fā)生電化學(xué)腐蝕,由陽極反應(yīng)產(chǎn)生的腐蝕產(chǎn)物鐵銹等在鋼筋或鋼管表面沉積形成銹層而產(chǎn)生膨脹,從而導(dǎo)致鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)破壞[1]。

鐵工程的主體結(jié)構(gòu)為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),在相對封閉的環(huán)境下,地鐵工程特有的雜散電流對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的腐蝕破壞是影響其耐久壽命和結(jié)構(gòu)安全的重要因素,必須引起足夠的重視[2]。

1地鐵雜散電流的研究進展　　

雜散電流對埋地金屬管線和混凝土主體結(jié)構(gòu)中鋼筋的腐蝕在本質(zhì)上是電化學(xué)腐蝕,這種腐蝕屬于局部腐蝕,其原理與金屬在大氣條件下或在水溶液及土壤電解質(zhì)中發(fā)生的自然腐蝕一樣,都是具有陽極過程和陰極過程的氧化還原反應(yīng)。但混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋在高電壓和較大的雜散電流作用下,所發(fā)生的腐蝕與其在電解質(zhì)中自發(fā)進行的腐蝕有較大的區(qū)別,主要表現(xiàn)在鋼筋的腐蝕速率與周圍介質(zhì)的電阻率、混凝土的水膠比等有關(guān),實際的電化學(xué)當量、腐蝕速率遠遠小于電解質(zhì)溶液中的腐蝕速率[3]。

來對于地鐵雜散電流的研究取得了一些進展[4～8],主要研究成果有地鐵雜散電流的形成機理研究和對鋼筋混凝土中鋼筋腐蝕的模擬試驗研究,初步得出了混凝土雜散電流的電化學(xué)當量、腐蝕速率等參數(shù),另外,采用高阻抗混凝土等方法來抑制雜散電流也取得了一定進展,但是,國內(nèi)對于地鐵混凝土抗雜散電流研究不夠深入,迫切需要進行地鐵混凝土雜散電流形成機理和抑制方法的系統(tǒng)研究。結(jié)合某地鐵工程混凝土耐久性研究,本文對活性摻合料對地鐵雜散電流的抑制作用進行了試驗分析。

2地鐵混凝土抗雜散電流腐蝕耐久性的試驗研究

2.1試驗原材料

水泥:“天寶”P.O32.5級,堿含量0.49%,28d抗壓強度47.9MPa;粉煤灰:南熱Ｉ級,堿含量1.34%,需水量比91.8%;磨細礦渣:比表面積420m2/kg,堿含量1.34%,需水量比91.8%;砂:宏田江砂,視密度2.68g/m3,細度模數(shù)2.64;碎石:泉水碎石,視密度2.70g/m3,粒徑5mm～40mm;外加劑:HLC型防滲抗裂劑,減水率22%。

2.2　地鐵混凝土配合比

設(shè)計基準混凝土配合比D0,根據(jù)粉煤灰和磨細礦渣的不同摻量選取單摻粉煤灰的混凝土配合比Df1—Df2,單摻磨細礦渣的混凝土配合比DK1—DK2,雙摻磨細礦渣和粉煤灰的混凝土配合比DfK1—DfK2。該地鐵Ｃ30泵送混凝土的配合比見表1。

2.3地鐵混凝土抗雜散電流試驗結(jié)果分析

按以上配合比成型尺寸為10cm×10cm×10cm的混凝土試件,成型時在向上一面的中心垂直插入直徑8mm、長8cm的鋼筋,鋼筋的兩端都埋入試件內(nèi),在鋼筋的一端焊有絕緣銅線,絕緣銅線露在試件外的長度約為25cm。試件養(yǎng)護28d后在上下面和三個側(cè)面涂環(huán)氧樹脂封閉,保留一個側(cè)面不涂。

模擬地鐵現(xiàn)場的工況,將混凝土試件和電極板放入盛有液體的容器內(nèi),試件的開放面與電極板平行,距離1cm。試驗時接直流電,鋼筋接正極,電極板接負極,測量基準配合比與摻合料配合比在直流條件下的電阻和累積電量。將混凝土試件分部分浸泡于3.5%Nacl溶液和飽和Ca(OH)2溶液中,液面距試件頂面保留5mm距離,進行長時間通電,直至混凝土試件開裂或?qū)Ь€與鋼筋的連接被腐蝕中斷為止。

研究表明[9],混凝土試件在液體中導(dǎo)電是離子導(dǎo)電。經(jīng)測試,混凝土試件在開裂前的電流不大于100mA,功率最大是5w,不會造成很大的溫差,因此通電后溫度上升不是造成混凝土試件脹裂的主要原因,而鋼筋銹蝕體積膨脹則是混凝土試件脹裂破壞的決定因素。本試驗研究測得的直流電阻和累積電量見表2。

從表2可以看出,摻加活性摻合料(單摻粉煤灰、單摻礦渣和雙摻粉煤灰礦渣)的混凝土試件,無論在3.5%Nacl溶液中還是飽和Ca(OH)2溶液中,其混凝土試件電阻和混凝土試件開裂時的累積電量均得到較大增加。在單摻粉煤灰和單摻礦渣的混凝土試件中,單摻磨細礦渣的混凝土試件電阻最大,直到其他各組混凝土試件開裂,而單摻磨細礦渣的混凝土試件仍完好無損,這表明單摻磨細礦渣對地鐵混凝土抗雜散電流效果最明顯。