论高强混凝土的抗腐蚀性

【摘 要】强度高、自重轻且具有较好的抗渗性能和抗冻性能是高强混凝土在实际应用中显现出来的优点，正因如此高强混凝土才得以在高层建筑和大跨度工程上广泛地应用。那么，在特定的自然环境条件下，高强混凝土是否具有较好的抗腐蚀性能呢？本文通过对普通混凝土和高强混凝土的抗腐蚀性试验得出了结论，高强混凝土具有优良的抗腐蚀性能。

【关键词】高强混凝土；抗腐蚀性

高强混凝土是设计等级在C50-C80级的混凝土，所谓的高，就是指混凝土的抗压强度高，一般为普通混凝土的4-6倍；所谓的强，就是指混凝土的抗变形能力强。同时，高强混凝土还具有密度大的特点，所以，其抗渗漏的性能和抗腐蚀的性能也很高。事实上是否如此呢？我们进行了试验研究。

1 试验

1.1 原材料选择

1.1.1 水泥：水泥采用冀东42.5级普通硅酸盐水泥。

1.1.2 砂：砂采用大同市灵丘县东河南镇赵北河的自然河砂（中砂）。

1.1.3 碎石：碎石采用马头关石料厂的碎石（玄武岩）。

1.1.4 外加剂：外加剂采用江苏建筑科学研究院生产的减水剂。

1.1.5 水：水采用自来水。

1.2 配合比设计

为了进行对比分析，我们同时设计了普通混凝土和高强混凝土两种配合比。

1.2.1 普通混凝土的材料组成为：水泥325kg/m³；砂647 kg/m³；碎石1150 kg/m³；水195 kg/m³。

1.2.2 高强混凝土的材料组成为：水泥540kg/m³；砂610 kg/m³；碎石1134 kg/m³；水150 kg/m³；减水剂3.9 kg/m³；膨胀剂60 kg/m³。

1.3 试验过程

1.3.1 试件制作：

按照1.2的配合比，分别制作6组100mm ×100mm ×100mm试件，自然成型1天后拆模并移入标准养生室进行28d养生。

1.3.2 抗腐蚀性试验：

分别用自来水和盐卤水将经过28d养生后的试件进行浸泡，并在不同时间进行两种混凝土试件的抗压强度试验，根据试件在同龄期的水中和盐卤水中浸泡后的抗压强度的比值求出两种混凝土的抗腐蚀系数。

2 试验结果与讨论

2.1 不同混凝土在盐卤水中的防腐蚀性

从试验结果看，普通混凝土随着在盐卤水中浸泡时间的增长，其抗压强度在逐渐降低，浸泡到100d后，其抗腐蚀的系数只有0.30。而高强混凝土的抗腐蚀性能良好，浸泡100d的抗腐蚀系数为0.85-0.90。两相比较，高强混凝土的抗腐蚀性能是普通混凝土的近3倍。

2.2 普通混凝土抗腐蚀性低的原因分析

从理论上讲，普通混凝土的三个特征决定了它抗腐蚀性低的本质。其一是普通混凝土的水化物中的氢氧钙石和水化铝酸钙本身的抗腐蚀性能较弱；其二是普通混凝土的结构呈多孔、松散结构，盐卤水极易进入其结构内对其进行腐蚀；其三是普通混凝土界面有大量的Ca(OH)2晶体，界面结构较差，易受盐卤水的侵蚀。

2.3 盐卤水对普通混凝土的破坏机理：

盐卤水中的侵蚀性离子进入混凝土的孔隙中产生一系列的物理化学反响，导致混凝土结构产生膨胀性损坏，其损坏机理如下摘要：混凝土的水泥水化产物氢氧钙石和水化铝酸钙产生了高浓度的南极石CaCl2・6H2O 氢氧化镁Mg(OH) 2 氯氧化镁Mg2(OH)3Cl・4H2O 氯铝酸钙C3A・Ca Cl2・10H2O 石膏CaSO4・2H2O 复合型腐化，水化硅酸钙CSH 凝胶产生了镁离子和碱金属离子代替钙离子的含水硅酸钙镁CMSH 凝胶碱硅NCSH 凝胶腐化。在腐化过程中，当氢氧化钙转变为石膏以及水化铝酸钙转变为水化氯铝酸钙C3A・CaCl2・10H2O 时，体积要产生明显的变更。CMSH 凝胶的形成，使CSH 凝胶丧失了胶凝能力， NCSH 凝胶的生成将导致混凝土的膨胀性损坏。水泥水化产物在盐卤水中腐化的成果，必定要造成普通混凝土强度的大幅度降低。

2.4 高强混凝土的抗腐蚀的原因分析

在盐卤水的浸泡条件下，高强混凝土由于其密实度较高，在盐卤水中则表现出良好的抗腐蚀性能，浸泡80天的抗腐蚀系数均在0.80～0.90 以上。高强混凝土与普通混凝土的最大差别在于孔结构和界面特征不同，前者不仅孔结构细化，而且其界面得到强化，因而侵蚀性离子进入的几率大大降低。与高强混凝土相比，高性能混凝土由于掺有大量不同粒级范围的工业废渣，一方面，这些工业废渣微颗粒填充于混凝土的各级孔隙中，进一步提高了混凝土的密实度，另一方面，工业废渣的火山灰活性在水泥水化产物氢氧钙石等的激发下，形成了大量的CSH 凝胶，极大地减少了混凝土结构中易受腐蚀的水化产物数量，从而使高性能混凝土的抗腐蚀性能进一步提高， 其80d 的抗腐蚀系数高达1.10 。在浸泡时间80d 范围内，两种纤维增强高性能混凝土SFRHPC 和PFRHPC 的优越性还没有体现出来，这可能与盐卤水中的侵蚀性离子进入混凝土内部的数量较少，不足以在混凝土内形成较大的结晶膨胀拉应力有关，因为纤维在混凝土中主要起阻裂的作用，只有当纤承受拉应力时，才能发挥应有的效应 。

3 高强混凝土的配制

3.1 配制原则

3.1.1 低水胶比对高性能混凝土很重要，依靠高效减水剂和优质矿物细粉掺合料实现混凝土的低水胶比。

3.1.2 不能过分地提高胶凝材料的用量。胶凝材料过多，不仅成本高，混凝土的体积稳定性也差，同时，对获得高的强度意义不大。应该通过合理调整粗细骨料用量及砂率控制空隙率，实现较低水胶比下的良好和易性。

3.1.3 在混凝土中应该掺加一定量的引气剂，使混凝土的含气量在3-4%。

3.1.4 尽可能使用聚羧酸高性能减水剂，以提高工作性，减少收缩。

3.1.5 高性能混凝土对骨料的颗粒级配和最大粒径有严格的要求。可通过改变加工工艺和混凝土生产工艺，改善骨料的粒形和级配。

3.1.6 通过技术措施，减少水泥用量和混凝土单位体积用水量。

3.2 配制高强混凝土的技术途径

3.2.1 采用高强度水泥：水泥是混凝土的活性组分，起粘结作用。水泥强度的大小直接影响混凝土的强度。在配合比相同的条件下，所用水泥的强度越高，配制成的混凝土强度也越高。因此，配制高强度混凝土时应选用强度尽可能高的水泥，以保证使用较少的水泥获得较高的混凝土强度，同时，混凝土的水灰比也不至于太低而过分影响混凝土的和易性。

3.2.2 采用低水灰比：在水泥水化形成水泥石中的孔隙率取决于水灰比，而孔隙率的高低与混凝土的强度有密切的关系。水灰比越小，在硬化混凝土中形成的水泡或多余水分蒸发后形成的孔隙数量就越少，基体的强度就会越高，与骨料的粘结力也越大，混凝土的强度就越高。因此，在条件许可的情况下，应尽可能采用较小的水灰比。

3.2.3 改善水泥的水化过程：由于高强混凝土的水灰比很低，水泥的水化反应速度要比普通混凝土快得多，形成的水化产物没有足够的时间向外扩散而集中于水泥颗粒周围，形成不透水的凝胶体膜层，阻碍了水分向未水化水泥颗粒内部的渗入，从而影响水泥的进一步水化，同时也造成水泥石结构不均匀，影响基体强度和基体与骨料间的粘结强度。所以，适当延缓高强混凝土初期的水泥水化速度，对后期强度的发展是有利的。试验表明：掺加适量的缓凝剂能调节水泥的水化过程，使水化产物中的晶体分布均匀，发育完善，晶体与凝胶的比例得到改善，水泥石结构密实，从而明显提高混凝土强度。

3.2.4 掺加高效能表面活性剂：高效能表面活性剂能显著降低水的表面张力，对水泥颗粒有高度的分散作用，使得水泥颗粒表面的亲水性增加，与水接触的表面积增大。同时也使水分能较容易地渗入水泥颗粒表面的裂隙内，从而使水泥颗粒的水化更充分，强度也会提高。

3.2.5 改善界面过渡区：由于界面过渡区的存在，严重影响了基体与骨料之间的粘结力，会降低混凝土的强度。要改善界面过渡区性能，应从两方面着手：一是合理调整混凝土配合比，提高混凝土的保水性和稳定性，避免或减少泌水现象。二是消除或减少氢氧化钙在界面过渡区的富集。

3.2.6 提高基体与骨料之间的粘结面积：基体与骨料之间的粘结面积主要取决于骨料的最大粒径和表面特征。粗骨料的最大粒径越大，比面越小；在最大粒径相同的条件下，表面越粗糙，比面越大。对于高强混凝土，粗骨料尺寸愈大，粘结面积愈小，造成混凝土的不连续性的不良影响也就愈大。尤其对水泥用量多的高强混凝土，影响更为明显。因此，配制高强混凝土的粗骨料宜选用最大粒径尽可能小的、表面粗糙的多棱角碎石，有利于提高界面粘结强度。

4 结论

在单一因素或者双因素作用下，普通混凝土在盐卤水中的抗腐蚀性很差，高强混凝土的抗腐蚀性能尽管有较大的提高，但是就其长期耐久性而言，高强混凝土的耐久性并不能尽如人意。