基桩混凝土配方设计及耐腐蚀性研究范文

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【摘要】对穗莞深城际铁路松福路3号特大桥C50桩基混凝土进行设计研究，主要分析阐述配合比的设计原理、原材料性能、不同配合比设计的可能性，并研究配比混凝土硬化后的耐腐蚀性。结果表明：适配的1配合比各项指标满足设计和标准要求。该配比实测表观密度2390kg/m3与理论表观密度2380kg/m3比较相符，通过海水腐蚀试验，在海水环境下的1配合比混凝土强度性能较好，自身结构紧密，对盐类的腐蚀具有较强的抵抗作用，混凝土的强度得到了提升。

【关键词】混凝土；抗腐蚀性；配方设计；水下基桩

1引言

随着近年来铁路建设规模的不断扩大，铁路桥梁建设也得到了同步发展。部分铁路大桥临近海边，由于桥梁建设属于露天工程，混凝土桥梁会受到海洋气候环境的影响，混凝土在盐水侵蚀和冲刷作用下被加剧腐蚀。通常的研究都集中在混凝土的强度上，忽视了沿海特有的环境因素，沿海地区部分的桥梁因混凝土劣化腐蚀导致发生崩塌事故。根据事故调查报告显示，海水腐蚀造成混凝土劣化主要原因是配方设计不合理、原材料技术指标不达标、防护措施不充分等[6～10]。混凝土被海水腐蚀大大降低了混凝土的使用寿命，因此对沿海地区混凝土的防腐性研究非常重要。穗莞深城际铁路松福路3号特大桥全长590.55m。根据设计要求桩基混凝土的设计使用寿命为100年，环境类别等级为L3、H2、Y3，钢筋混凝土强度等级为C50。本文对穗莞深城际铁路松福路3号特大桥C50桩基混凝土进行设计研究，主要分析阐述配合比的设计原理、原材料性能、不同配合比设计的可能性，并研究配比混凝土硬化后的耐腐蚀性。

2配方设计原理

水泥水化的高碱性使混凝土中的钢筋表面生成一层致密的氧化物保护膜即钝化膜，起到隔绝氧气和水的作用，从而保护钢筋不受侵蚀。沿海环境的钢筋侵蚀主要是氯离子的侵蚀作用，钝化膜只有在高碱性环境中才是稳定的，当从混凝土中侵蚀到钢筋表面的氯离子达到一定界限后，就会破坏钝化膜，与钢筋产生电化学反应，在阳极，铁逐渐离子化；在阴极，水中的O2吸收从阳极流过来的电子从而形成OH-离子，OH-离子迁移至阳极与Fe2+生成Fe(OH)2锈膜，然后再与水和氧气结合生成铁锈。在钢筋锈蚀过程中氯离子只参与了过程，起到加速反应的作用，总量并没有减少，反而会周而复始地参与到钢筋侵蚀的过程中去。空气中的CO2或海水中游离的CO2通过混凝土空隙扩散到混凝土内部与Ca(OH)2反应，使混凝土碱度降低的过程即为混凝土的碳化，当混凝土碱度降低后钢筋就易锈蚀膨胀并胀裂混凝土。钢筋阻锈剂参入混凝土中可以阻止或延缓钢筋锈蚀，从而延长了钢筋混凝土结构的寿命。它能使钢筋表面形成氧化物钝化膜，并修补钢筋表面的缺陷，使钢筋表面被氧化物钝化膜所包裹，致密性稳定性良好，能阻止氯离子的穿透，降低铁离子的游离速度，从而达到阻锈的目的。混凝土掺合料能通过改善水泥胶凝材料的组成、数量、颗粒级配等，来提高混凝土强度、耐久性，改善混凝土和易性和体积稳定性，粉煤灰的化学活性相对较低，当掺量较高的情况下，对混凝土的早期强度影响较大。为弥补粉煤灰的这一缺陷，加入复合型较高的磨细矿渣粉。粉煤灰复合矿渣粉后提高了火山灰活性效应，增加了体系中微粒间的化学交互，诱导激发作用，因此提高了粉体的化学活性。

3配合比选定

3.1确定混凝土配制强度

fcu,o依据《铁路桥涵工程施工技术指南》（铁建设[2010]241号），水下混凝土的设计强度应较在一般设计强度的基础上再提高15%，本次设计取15%。所以C50水下混凝土的立方体抗压强度标准值fcu,k=50×（1+15%）=57.5MPa。fcu,o≥fcu,k+1.645σ=57.5+1.645×6=67.4MPa式中，fcu,o为混凝土配置强度，MPa；fcu,k为混凝土的设计强度等级值，MPa；б为混凝土强度标准差，取6MPa。

3.2确定基准水胶比

W/B根据环境作用等级L3、H2、Y3的要求，水胶比不应大于0.36，根据前期试配情况，选择基准水胶比为0.31，另设复核水胶比分别为0.29、0.33。

3.3确定基准用水量

根据《普通混凝土配合比设计规程》（JGJ55—2011）和前期试配情况，确定基准用水量为145kg/m3。

3.4确定胶凝材料用量

（mbo）1-1配合比的胶凝材料为：mbo=145/0.29=500kg/m3，1-2配合比的胶凝材料为：mbo=145/0.31=468kg/m3，1-3配合比的胶凝材料为：mbo=145/0.33=439kg/m3。

3.5确定掺合料用量

（mfo）为提高混凝土的耐久性、改善混凝土和易性、降低结构的水化热，在水下抗侵蚀混凝土中掺加粉煤灰和矿粉，掺量βf分别为胶凝材料总质量的25%、15%，采用等量取代法。各级粉煤灰用量：1-1配合比粉煤灰用量为mfof=mbo×βf=500×0.25=125kg/m31-2配合比粉煤灰用量为mfof=mbo×βf=468×0.25=117kg/m31-3配合比粉煤灰用量为mfof=mbo×βf=439×0.25=110kg/m3各级矿渣粉用量：1-1配合比矿渣粉用量为mfok=mbo×βf=500×0.15=75kg/m31-2配合比矿渣粉用量为mfok=mbo×βf=468×0.15=70kg/m31-3配合比矿渣粉用量为mfok=mbo×βf=439×0.15=66kg/m3。

3.6确定水泥用量

（mco）1-1配合比水泥用量为mco=mbo-mfof-mfok=500-125-75=300kg/m31-2配合比水泥用量为mco=mbo-mfof-mfok=468-117-70=281kg/m31-3配合比水泥用量为mco=mbo-mfof-mfok=439-110-66=264kg/m33.7砂率的确定（βs）根据《普通混凝土配合比设计规程》（JGJ55—2011）规定和前期试配情况，基准配合比砂率选择为40%、41%、42%。

3.8NOF-AS聚羧酸系减水剂的掺量

1）配合比减水剂的掺量均为胶凝材料质量的1.0%，配合比1-1、1-2、1-3的外加剂用量分别为：5.00kg/m3、4.68kg/m3、4.39kg/m3。

2）JB-ZXA型阻锈剂的掺量根据设计图纸要求环境类别为L3、H2、Y3环境时，桩基混凝土需外掺阻锈剂，其阻锈剂掺量为水泥材料质量的2.0%，配合比1-1、1-2、1-3的外加剂用量分别为：6.0kg/m3、5.61kg/m3、5.27kg/m3。

3.9粗、细骨料的确定

粗、细骨料用量的确定采用质量法进行计算，配合比1-1、1-2、1-3的假定表观密度mcp为2380kg/m3。为计算配合比每立方米混凝土胶凝材料质量，kg/m3；mso为计算配合比每立方米混凝土细骨料质量，kg/m3；mgo为计算配合比每立方米混凝土粗骨料质量，kg/m3；mwo为计算配合比每立方米混凝土水质量，kg/m3；mwjo为计算配合比每立方米混凝土外加剂质量，kg/m3。可计算各配合比的粗、细骨料用量：1-1的粗、细骨料用量分别为1041kg/m3、694kg/m31-2的粗、细骨料用量分别为1043kg/m3、725kg/m31-3的粗、细骨料用量分别为1141kg/m3、754kg/m3准要求。该配比实测表观密度2390kg/m3与理论表观密度2380kg/m3比较相符合，故混凝土配合比不需做修正。综合考虑技术条件、经济因素和施工水平选定，该1配合比可作为C50水下基桩混凝土理论配合比。

4耐海水腐蚀试验

对选定的配方进行耐海水腐蚀测试，配置人工海水。配置人工海水中NaCl为120g/L，MgCl2为11g/L，MgSO4•7H2O为20g/L，CaSO4为10g/L，KHCO3为3.6g/L。将硬化后的混凝土放入配置好的溶液，为保证溶液溶度，每月更换一次腐蚀溶液。浸泡一定时间后取出测试混凝土的抗折、抗压强度，并观察试样的表面状况。

5结语

通过对穗莞深城际铁路松福路3号特大桥的L3、H2、Y3环境下的水下桩基自密实混凝土的设计原理、原材料性能、配合比的选定和试验数据的分析。通过试验得到的配比1各项指标满足设计和标准要求。该配比实测表观密度2390kg/m3与理论表观密度2380kg/m3比较相符，在海水环境下的配比1混凝土强度性能较好，对盐类的腐蚀具有较强的抵抗作用，混凝土的强度得到了提升。为类似的混凝土配合比设计提供有益的借鉴。

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作者：吴鹏 单位：中铁十四局集团有限公司