不同胶凝材料对C80 压蒸混凝土钢筋锈蚀的影响研究

周展钊

（广东宏基管桩有限公司）

0 引言

混凝土是用量最大的工程建筑材料，随着海洋资源的开发和海洋运输的发展，在码头、防波堤、跨海大桥、海底隧道以及海洋平台等海洋工程结构的应用也日益广泛。对于处于海洋环境条件下的混凝土结构来说，由于无机盐含量高、干湿交替等多种复杂因素的存在，结构受氯离子的严酷侵蚀，即使混凝土质量良好并且保护层较厚，氯离子通过保护层到达内部钢筋也仅仅是时间问题，所以在海洋环境下受氯离子侵蚀产生的耐久性问题远比一般大气环境下的混凝土更加严重。

近年来海工工程的应用，由于淡水和河砂不能方便运用，促使海砂代替天然河砂的应用研究得到发展，但是普通混凝土中掺入海砂会引起混凝土钢筋锈蚀，导致建筑工程的耐久性问题。

碱矿渣水泥由于具有硬化快、水化热低、孔结构优良、抗渗性、强度高及抗冻性好、抗化学侵蚀性能力强等一系列优异的物理力学性能和耐久性能，其应用前景十分广泛，受到国内外专家的广泛关注。

本试验研究掺磨细砂粉的C80 管桩混凝土、C80 碱矿渣管桩混凝土，每种混凝土中分别用天然河砂搅拌、用海砂海水搅拌。将脱模后的混凝土试块经过高压釜蒸压，取出后放入溶液中并通电，观察研究不同龄期的钢筋锈蚀率、混凝土抗压强度，为有耐久性要求的钢筋混凝土提出配合比技术要求。

1 试验混凝土原材料

⑴水泥：广州越堡金羊牌P·Ⅱ52.5R 水泥，比表面积约为395Kg/m3。

⑵石子：江门长顺石场石子，含泥量0.3%，针状片状石子含量7%。

⑶河砂：粗砂和细砂都来自于北江，粗砂的细度模数是3.1；细砂的细度模数是2.1。

⑷海砂：广州中山江门砂场，海砂的细度模数是2.4，海砂的氯离子含量是0.214%。

⑸磨细砂：江门永裕公司磨细砂，比表面积约为4100g/cm3。

⑹矿粉：广州市阜砂镇盈炬丰矿粉厂，其成分含量：SiO2=37.17%，CaO=35.33%，Al2O3=8.87%，MgO=9.43%；碱性系数（M）=0.97＜1，属于碱性矿渣。

⑺钢筋：直径为7.1 的螺旋槽钢筋，埋入钢筋单位长度质量0.31808g/mm；埋入钢筋长度在60mm±1mm。

⑻水玻璃：来源于佛山大沥化学试剂有限公司，化学式Na2O·nSiO2，其中模数n=2.5，水固比是36%。

⑼聚羧酸减水剂：广东红墙材料股份有限公司。

⑽化学试剂：浓度为38%的浓盐酸、氯化钠、氯化镁、硫酸镁、氯化钙、氢氧化钠、GR 磷酸二氢钾、GR 磷酸二氢钠、GR 硼砂、重蒸馏水。

2 试验方法

2.1 确定混凝土配合比

根据高强蒸压混凝土管桩的常用混凝土配合比，制定掺磨细砂的C80 管桩混凝土、碱矿渣C80 管桩混凝土配方。具体如表1、表2。

根据4 个配方，每个配方制作3 个试块，共12 个试块作为一组，一共做6 组。试块龄期分为7 天、14 天、21天、28 天、35 天和42 天，到龄期后取出钢筋，观察和记录钢筋的锈蚀情况。

2.2 试验步骤

⑴将各个配方所需要的原材料称量好，再将需要的模具用油刷好，剪切好要用的导线并绑扎在60mm±1mm的钢筋上。

⑵将称取好各种配料，放入60L 的混凝土搅拌机搅拌，将搅拌好的混凝土进行装模。装模方法：先倒入大约2/3 的混凝土于100×100×100 的模具中，然后横向放入连接有导线的钢筋，再倒入混凝土磨平后放在振捣机上振匀。

⑶将装完模的试块放置硬化后在上面标好标记，然后脱模运送至高压釜进行一天的养护（养护出来就有28 天强度）。

⑷将准备好的试块分成6 组，然后用导线将试块全部并联连接起来，将配置好的5 倍海水浓度溶液装入盆中，溶液高度为2/3 的试块高度，再用电表连接导线通电，电压控制在10V±0.1V。

⑸将到龄期的混凝土试块从溶液中取出，然后按照GB/T11837－2009 混凝土抗压强强度试验方法测量100×100×100 试块的抗压强度，测出强度后压碎取出钢筋并且拍照片记录数据。

⑹将取出的钢筋上沾附的混凝土去除，用38%的浓盐酸配置浓度为12%的稀盐酸对钢筋进行清洗，经清水漂净后，再用石灰水中和，最后用清水冲洗干净。将钢筋擦干后在空气中干燥，然后对每根钢筋称重（精确至0.001g），并计算钢筋锈蚀失重率。酸洗钢筋时，应在洗液中放入两根尺寸相同的同类无锈钢筋作为基准校正。

钢筋失重率按以下式计算：

式中，

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w——锈蚀钢筋进过酸洗处理后的质量（g）；

w01、w02——分别为基准校正用的两根钢筋的初始质量（g）；

w1、w2——分别为基准校正用的两根钢筋酸洗后的质量（g）。

注：每组应取3 个混凝土试件中钢筋锈蚀失重率的平均值桌位改组混凝土试件中钢筋锈蚀失重率测定值。

3 混凝土抗压强度对比及分析

不同胶凝材料的钢筋混凝土7d、14d、21d、28d 和35d 抗压强度，见表3 和图1。

由图1 中M1、M2 对比K1、K2 曲线可以得到：碱矿渣混凝土的抗压强度明显高于掺磨细砂的混凝土抗压强度。这是因为碱矿渣混凝土中的水化产物中不存在Ca(OH)2、2CaO·SiO2·11H2O、(3-4)Ca·Fe2O3·(10～13)H2O 和(1.5～2.0)CaO·SiO2·nH2O 等存在于普通硅酸盐水泥混凝土中的不稳定水化产物，减少了混凝土因为硫酸盐侵蚀导致的混凝土体积膨胀，从而保证混凝土的强度稳定。普通硅酸盐水泥混凝土是由于形成了。

表1 配置45L 掺磨细砂的C80 混凝土的配比 （单位：kg）

表2 配置45L 碱矿渣的C80 混凝土的配比 （单位：kg）

表3 混凝土试块抗压强度 （单位：MPa）

图1 4 种配方混凝土抗压强度

由图1 中的K1 和K2 曲线对比可以得到：碱矿渣混凝土无论是用河砂搅拌，还是用海砂和海水搅拌都可以得到很好强度数值，且各个龄期的强度变化不大。碱矿渣混凝土的水化产物比较稳定，结构密实，没有形成大量的膨胀性产物石膏和硫酸钠盐结晶。

4 钢筋锈蚀情况对比与分析

4 种配方混凝土中钢筋7d、14d、21d 和28d 的锈蚀影响，见表4 和图2。

表4 混凝土中钢筋的锈蚀率

图2 4 种配方混凝土中钢筋的锈蚀率

由图2 分析得，随着龄期的增加，钢筋的锈蚀率也在逐渐的增加，钢筋在掺磨细砂混凝土中的锈蚀率数值较大，且变化较大；而碱矿渣混凝土中钢筋锈蚀率数值较小，且变化也小，说明碱矿渣混凝土中使用海砂海水搅拌对混凝土中钢筋锈蚀影响较小。对比28d 龄期，掺磨细砂混凝土中的钢筋锈蚀率最小值为1.28%，而碱矿渣混凝土中钢筋锈蚀率的最大值为0.18%，说明碱矿渣混凝土拥有较好的阻锈性。

碱矿渣混凝土采用碱激发原理配置而成，有较高的碱度，同时碱矿渣混凝土中的水化产物中不含有Ca(OH)2等一些不稳定的水化产物，所以得到的混凝土试块毛细孔比较低，有较好的抗渗性，溶液中的氯离子被阻隔在钢筋外面，不会对钢筋表面产生腐蚀，同时Cl-/OH-的比值远低于0.61，使得钢筋表面的钝化膜稳定存在，有效阻止钢筋在恶劣的环境下被锈蚀。碱矿渣混凝土的这些优异性能使得其应用于海工工程的可能性大大提高。

5 结论

本试验采用通直流电的方法进行测试，研究不同胶凝材料对C80 压蒸混凝土中不同龄期的钢筋锈蚀程度，以及对混凝抗压强度的影响，最终获得以下结论：

⑴掺磨细砂C80 混凝土中的钢筋随着时间的增加，锈蚀率数值大且变化较大。随着锈蚀率的增加，硫酸盐腐蚀导致生成膨胀性物质，使得混凝土发生膨胀开裂，抗压强度下降，进而加速钢筋的腐蚀，给混凝土造成破坏。

⑵C80 碱矿渣混凝土中有稳定的水化产物，得到的混凝土试块毛细孔比较低，有较好的抗渗性，具有很好的抗硫酸盐腐蚀性、较高的抗压强度以及能有效的防止钢筋腐蚀。

⑶在海洋资源的开发和海洋运输的发展建设过程中，可以使用碱矿渣混凝土进行工程应用。