耐腐蝕、高抗?jié)B混凝土排水管及管片技術(shù)研究

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　　摘要：本文主要通過(guò)調(diào)查研究北京地區(qū)污水構(gòu)筑物耐久性問(wèn)題，確定產(chǎn)生問(wèn)題的原因，并針對(duì)問(wèn)題提出相應(yīng)的解決方案，并進(jìn)一步對(duì)管片各項(xiàng)性能進(jìn)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(wèn)題產(chǎn)生的原因，我們首先對(duì)北京地區(qū)污水構(gòu)筑物耐久性問(wèn)題進(jìn)行了調(diào)查。　　80年代初在全國(guó)范圍內(nèi)進(jìn)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(guó)水工構(gòu)筑物在耐久性方面存在的七類(lèi)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(yīng)。對(duì)此七類(lèi)病害從破壞形態(tài)上分類(lèi)，又可直觀(guān)的歸結(jié)為混凝土開(kāi)裂、滲漏、混凝土剝蝕破壞等三類(lèi)。而排水管道與污水處理廠(chǎng)混凝土構(gòu)筑物所處環(huán)境畢竟不一樣。所以我們通過(guò)對(duì)污水處理廠(chǎng)混凝土構(gòu)筑物的現(xiàn)狀和存在問(wèn)題進(jìn)行調(diào)查分析并考慮排水管道的實(shí)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(yīng)；凍融破壞。
　　為了解決排水管片的耐久性問(wèn)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(jì)、排水管材生產(chǎn)養(yǎng)護(hù)工藝完善、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化等。　　并按照以上措施進(jìn)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(yīng)用指標(biāo)，應(yīng)滿(mǎn)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(qiáng)度等級(jí)大于C50；、為滿(mǎn)足12小時(shí)模具周轉(zhuǎn)，要求混凝土澆注后10小時(shí)達(dá)到脫模強(qiáng)度，約20Mpa。、具有高抗?jié)B性；、低堿集料反應(yīng)性。、選用的膠凝材料應(yīng)滿(mǎn)足III類(lèi)環(huán)境強(qiáng)腐蝕要求。然后通過(guò)各種不同調(diào)整方案達(dá)到預(yù)期的設(shè)計(jì)指標(biāo)要求。　　具體研究過(guò)程：試驗(yàn)原材料的選擇應(yīng)注意的幾項(xiàng)指標(biāo)
1.1水泥　　由于水泥中C3A含量對(duì)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(huì)導(dǎo)致混凝土的堿骨料反應(yīng)，而北京地區(qū)的砂石多為堿活性骨料，所以應(yīng)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(jìn)行對(duì)比研究，主要包括比表面積為430 m2/kg、600 m2/kg、750m2/kg的磨細(xì)礦渣，推薦磨細(xì)礦渣比表面積在430±20m2/kg。 1.3外加劑　　為了更好的應(yīng)用于混凝土中，并達(dá)到預(yù)期的效果，我們通過(guò)試驗(yàn)對(duì)外加劑進(jìn)行了復(fù)配，配制了適用于耐腐蝕高抗?jié)B混凝土管片的專(zhuān)用外加劑，組要組分包括：減水劑、早強(qiáng)劑、緩凝劑、密實(shí)劑、保塌劑。另外在選擇上還要遵循低摻量、低堿、無(wú)氯原則。配合比的優(yōu)化設(shè)計(jì) 2．1摻合料對(duì)混凝土性能的影響 2．1．1摻合料對(duì)混凝土收縮性能的影響　　1、從磨細(xì)礦渣對(duì)混凝土收縮的影響的試驗(yàn)研究中我們得出結(jié)論：?jiǎn)为?dú)使用磨細(xì)礦渣配制耐腐蝕、高抗?jié)B混凝土?xí)r，應(yīng)控制其比表面積不宜過(guò)大和摻量不宜過(guò)高，過(guò)大的比表面積會(huì)使混凝土管片開(kāi)裂的時(shí)間提前，并增大裂縫寬度。推薦磨細(xì)礦渣比表面積在430±20m2/kg。　　這里我們作了不同比表面積磨細(xì)礦渣、在混凝土中的不同摻量的配合比試驗(yàn)研究，收縮試驗(yàn)研究主要是通過(guò)圓環(huán)試驗(yàn)，其試驗(yàn)結(jié)果要比普通混凝土收縮試驗(yàn)更符合實(shí)際應(yīng)用條件要求。　　2、從粉煤灰對(duì)混凝土收縮的影響的試驗(yàn)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(dāng)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(kāi)裂結(jié)果來(lái)看，摻加粉煤灰后混凝土的初裂時(shí)間明顯延長(zhǎng)，開(kāi)裂寬度明顯降低，當(dāng)摻量大于30%后，延長(zhǎng)初裂時(shí)間和降低開(kāi)裂寬度的效果也不再太明顯?？梢?jiàn)，摻加粉煤灰可以明顯延長(zhǎng)混凝土的初裂時(shí)間和減少混凝土的收縮。　　3、從粉煤灰和礦渣復(fù)合摻入對(duì)混凝土收縮的影響的試驗(yàn)研究中我們得出結(jié)論：從混凝土初裂及24小時(shí)后裂縫寬度結(jié)果來(lái)看，粉煤灰和礦渣復(fù)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(zhǎng)混凝土的初裂并降低24小時(shí)后裂縫寬度。在粉煤灰同摻量情況下，雙摻混凝土的初裂時(shí)間和24小時(shí)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(duì)混凝土強(qiáng)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(shí)，和不使用粉煤灰的空白混凝土相比，單摻Ⅰ級(jí)粉煤灰混凝土單方用水量減少，混凝土早期強(qiáng)度和后期強(qiáng)度均有所提高，而且強(qiáng)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(qiáng)度降低明顯，而后期強(qiáng)度均超過(guò)空白混凝土，而且強(qiáng)度隨著摻加量的增加而增大。　　3、粉煤灰和礦渣復(fù)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(qiáng)度明顯增加很多。　　2.1.3摻合料對(duì)混凝土抗?jié)B性能的影響　　雙摻混凝土氯離子擴(kuò)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(kuò)散系數(shù)隨之減小。　　這里采用清華大學(xué)開(kāi)發(fā)研制的NEL氯離子擴(kuò)散系數(shù)法進(jìn)行抗?jié)B性能試驗(yàn)。表 1 混凝土配合比及抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)及收縮試驗(yàn)結(jié)果

編號(hào)		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(shí)，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(shí)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(duì)混凝土性能的影響　　這里我們利用自配的專(zhuān)用外加劑試驗(yàn)結(jié)果為：隨著TK-1摻量的增加，混凝土凝結(jié)時(shí)間延長(zhǎng)，坍落度損失減小。TK-1對(duì)混凝土初凝時(shí)間影響較大，但對(duì)混凝土終凝時(shí)間影響較小，有利于混凝土蒸養(yǎng)工藝。

2.3另外我們還對(duì)不同配合比的混凝土試塊進(jìn)行了耐腐蝕試驗(yàn)研究　　通過(guò)濃度為10%硫酸鎂、10%氯化銨、污水、清水四種介質(zhì)。采用長(zhǎng)齡期的浸泡和干濕循環(huán)加速腐蝕試驗(yàn)觀(guān)察試件的外觀(guān)、強(qiáng)度變化、重量變化來(lái)評(píng)價(jià)其耐腐蝕性能。長(zhǎng)齡期浸泡試驗(yàn)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(dāng)單摻磨細(xì)礦渣時(shí)，磨細(xì)礦渣摻加量為20%時(shí)，混凝土在三種腐蝕介質(zhì)中的耐腐蝕系數(shù)均小于1，當(dāng)摻量為30—60%時(shí)，三種腐蝕介質(zhì)中混凝土的耐腐蝕系數(shù)均大于1；當(dāng)單摻粉煤灰時(shí)，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(dāng)磨細(xì)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(dāng)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(guān)來(lái)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(guān)保持完好。可見(jiàn)在混凝土中無(wú)論是單摻或雙摻，磨細(xì)礦渣至少要30%對(duì)改善混凝土的抗鹽腐蝕性才有明顯效果，并且隨著磨細(xì)礦渣摻量的增加，作用更明顯。　　干濕循環(huán)加速腐蝕試驗(yàn)和長(zhǎng)齡期的侵泡試驗(yàn)結(jié)果相吻合。其中：

結(jié)論：　　1、粉煤灰和礦粉的共同加入對(duì)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(dá)到最佳狀態(tài)；　　2、通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證我們所配制的TK－1型耐腐蝕、高抗?jié)B混凝土管片專(zhuān)用外加劑可以很好的滿(mǎn)足混凝土設(shè)計(jì)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(duì)管片用混凝土收縮性能進(jìn)行評(píng)估更能體現(xiàn)管片在實(shí)際工程中的收縮狀態(tài)；利用電通量法更適合于對(duì)管片用混凝土的抗?jié)B透性能的評(píng)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(zé)任公司