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專題 | 荀武舉：混凝土研發(fā)與防護(hù)并進(jìn) 讓工程建筑具備鋼筋鐵骨

2017-07-27 16:53:30 作者：邢云輝來源：《腐蝕防護(hù)之友》分享至：

記者：混凝土在土木工程中發(fā)揮著無可替代的作用，但是復(fù)雜的工作環(huán)境也使其耐久性面臨著嚴(yán)峻的考驗(yàn)，請您談?wù)勀壳盎炷撩媾R的耐久性方面的問題，以及腐蝕與防護(hù)學(xué)科在混凝土發(fā)展中的意義和重要性。

荀高工：目前混凝土面臨的耐久性方面的問題主要有以下幾個(gè)點(diǎn)；一是混凝土的凍融破壞，特別是海水凍融循環(huán)條件下，加上氯離子和硫酸鹽的侵蝕作用，破壞更為嚴(yán)重。海水中通常含有 3%的鹽，其中主要危害是氯鹽和硫酸鹽。

受嚴(yán)酷環(huán)境作用，建筑材料容易發(fā)生腐蝕和劣化，降低結(jié)構(gòu)的服役壽命。水滲入混凝土中結(jié)冰后會產(chǎn)生反復(fù)地膨脹內(nèi)應(yīng)力和滲透壓力，導(dǎo)致混凝土內(nèi)部的微裂紋和缺陷逐漸擴(kuò)大，內(nèi)部結(jié)構(gòu)逐漸疏松，力學(xué)性能降低，表面混凝土逐漸剝落。混凝土保護(hù)層對鋼筋的保護(hù)作用會大大削弱，導(dǎo)致海水中的鹽分可輕易侵入混凝土中，從而可造成鋼筋嚴(yán)重銹蝕，威脅結(jié)構(gòu)的安全性。二是混凝土的碳化破壞，在南方地區(qū)高溫高濕環(huán)境條件下尤為突出，混凝土中的氫氧化鈣與空氣中的二氧化碳在一定濕度條件下反應(yīng)生成碳酸鈣，使混凝土的堿性降低（也可廣義地稱為中性化）。導(dǎo)致鋼筋表面鈍化膜變得不穩(wěn)定甚至被破壞，從而引起鋼筋銹蝕。三是混凝土因氯離子侵蝕造成鋼筋銹蝕，氯離子會長期地通過擴(kuò)散、滲透、對流和毛細(xì)吸附等方式進(jìn)人混凝土內(nèi)部，其中當(dāng)氯離子達(dá)到一定濃度后破壞鋼筋的鈍化膜，“搬運(yùn)”鐵離子，加速電化學(xué)腐蝕。導(dǎo)致鋼筋銹蝕，削減其有效截面，降低其粘結(jié)強(qiáng)度等受力性能，使混凝土保護(hù)層順筋脹裂。四是混凝土的硫酸鹽破壞，發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成高硫型水化硫鋁酸鈣，即為鈣礬石，導(dǎo)致混凝土脹裂。在混凝土的干濕交替區(qū)反復(fù)的結(jié)晶膨脹，導(dǎo)致混凝土微細(xì)裂紋加速形成裂縫。近幾年的研究表明，硫酸鹽對混凝土的危害更多地是反復(fù)結(jié)晶膨脹侵蝕。五是混凝土的堿-集料反應(yīng)。混凝土的堿 - 集料反應(yīng)，是指混凝土中的堿與集料中活性組分發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)，引起混凝土的膨脹、開裂、甚至破壞。

腐蝕與防護(hù)學(xué)科對混凝土耐久性具有積極作用，實(shí)踐證明，防護(hù)涂層如聚脲、聚氨酯、環(huán)氧樹脂、硅烷等材料在混凝土的抗腐蝕方面有重要作用，可以延長混凝土的壽命，提高工程質(zhì)量。腐蝕防護(hù)中，混凝土結(jié)構(gòu)自身性能是基礎(chǔ)，腐蝕與防護(hù)等附加措施是重點(diǎn)手段 , 混凝土防護(hù)針對不同環(huán)境可進(jìn)行混凝土和鋼筋保護(hù)，有利于混凝土的發(fā)展和進(jìn)步。防護(hù)涂層可以起到封閉作用，具有屏蔽性能（水、氧氣、二氧化碳、氯離子、硫酸鹽等）、界面性能（附著性、適應(yīng)混凝土的變形、耐堿性）、視環(huán)境不同可起到耐蝕和抗老化、耐鹽霧、耐海水長期浸泡、濕固化、耐磨損、耐沖擊等性能。視具體混凝土重要性，以及在造價(jià)可接受前提下，如對鋼筋混凝土構(gòu)件采用在混凝土中摻入憎水外加劑的防腐蝕措施。對大氣中的附屬鋼筋混凝土構(gòu)件采用表面硅烷浸漬等防腐蝕措施。綜合來看，腐蝕與防護(hù)學(xué)科在混凝土發(fā)展中扮演著不可或缺的角色。

記者：科學(xué)技術(shù)是第一生產(chǎn)力，耐久性研究在混凝土的應(yīng)用中發(fā)揮著舉足輕重的作用，您長期從事混凝土等建筑材料的研發(fā)，為土木工程保駕護(hù)航，請結(jié)合您的科研經(jīng)歷，談?wù)勀湍目蒲袌F(tuán)隊(duì)如何構(gòu)筑起一套高效，可靠的混凝土防護(hù)體系？

荀高工：首先從混凝土材料自身做起，盡量選擇優(yōu)質(zhì)原材料（包括水泥、摻合料、砂、石、外加劑、水等），根據(jù)工程要求和相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)和多次試配實(shí)驗(yàn)，選出較好的配合比，進(jìn)行工程應(yīng)用。對于抗凍混凝土應(yīng)控制適當(dāng)含氣量 4%-6%。其次，構(gòu)筑良好的混凝土防護(hù)體系，包括選擇優(yōu)質(zhì)的防護(hù)材料，并選擇相應(yīng)的底漆等配套材料。再次，按照合理的施工工藝，注重控制施工過程的各個(gè)環(huán)節(jié)，保證施工質(zhì)量。加強(qiáng)混凝土養(yǎng)護(hù)，以減少混凝土裂縫。混凝土的施工過程對控制構(gòu)件外觀裂縫、施工裂縫至關(guān)重要，應(yīng)加強(qiáng)施工質(zhì)量管理。混凝土的拌制盡量采用二次攪拌法、裹砂法、裹砂石法等工藝提高混凝土拌合料的和易性、保水性，減少用水量，提高混凝土強(qiáng)度和耐久性。最后，進(jìn)行工程質(zhì)量的跟蹤和回訪。建立混凝土結(jié)構(gòu)檢測、監(jiān)測和評估體系，及時(shí)發(fā)現(xiàn) , 及時(shí)修復(fù)。

以上步驟需要我們在實(shí)際工作中，共同討論制定方案，集思廣益，才能做出好的結(jié)果。團(tuán)隊(duì)成員要互相配合，取長補(bǔ)短，實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢互補(bǔ)，不同學(xué)科和專業(yè)的同事經(jīng)常討論，可以互相啟發(fā)，共同提高和進(jìn)步。團(tuán)隊(duì)成員有樂于付出和支持他人工作的習(xí)慣和品德，互相幫助，為完成工作任務(wù)而持續(xù)努力。

混凝土電通量測試儀

混凝土抗硫酸鹽侵蝕試驗(yàn)機(jī)

混凝土耐磨試驗(yàn)機(jī)

紅外光譜儀

壓汞儀

記者：在您這么多年的科研歷程中，能否給我們分享一下您印象深刻的典型案例？并給我們簡述一下您或您的團(tuán)隊(duì)的這些科研成果或技術(shù)目前的應(yīng)用狀況及產(chǎn)生的效益？

荀高工：在大連地鐵工程建設(shè)中，混凝土耐久性指標(biāo)要求使用年限100年，特別是電通量指標(biāo)小于 1000 庫倫，我們在大連地鐵配合比設(shè)計(jì)過程中，首先合成了專用聚羧酸外加劑，具有減水率高、增強(qiáng)效果好、和易性好等突出特點(diǎn)，然后優(yōu)選混凝土原材料，進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)，成功配制出高耐久性混凝土。最后在大連地鐵工程中應(yīng)用按我們設(shè)計(jì)的混凝土，實(shí)現(xiàn)了大連地鐵百年設(shè)計(jì)的要求。經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證結(jié)合大量研究得出，降低水膠比和加入摻合料是提高抗氯離子滲透性能的有效措施，56d 電通量由普通混凝土的 2000 ～ 3000 庫倫降低至 1000 庫倫。

記者：請您結(jié)合多年的科研經(jīng)驗(yàn)談?wù)劄楸ＷC混凝土的耐久性我們關(guān)鍵應(yīng)該怎么做？

荀高工：首先，控制混凝土的密實(shí)度，通過選擇優(yōu)質(zhì)高效減水劑，降低水膠比，從而提高密實(shí)度。其次，采用低水膠比的大摻量礦物混凝土。加入摻合料，降低水化熱，特別是大體積混凝土，可有效減少裂縫，降低工程風(fēng)險(xiǎn)。在海工混凝土中尤為重要，因?yàn)橐坏┏霈F(xiàn)裂縫，海水中的氯鹽、硫酸鹽會從裂縫中進(jìn)入混凝土內(nèi)部和鋼筋中，加快混凝土和鋼筋的電化學(xué)腐蝕。再次，控制施工過程，加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)。視情況采用混凝土透水模板布或延長拆模時(shí)間來提高施工和養(yǎng)護(hù)質(zhì)量。保證混凝土澆筑密實(shí)和加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)。最后，使用表面涂層技術(shù)提高混凝土的耐久性。表面涂層包括聚脲、聚氨酯、環(huán)氧樹脂、硅烷等，根據(jù)不同環(huán)境和使用要求，選擇不同的涂層。根據(jù)環(huán)境作用等級不同的配筋混凝土結(jié)構(gòu)，采取混凝土表面涂層等附加抗腐蝕措施。如港珠澳大橋的沉管接縫處，采用聚脲涂層進(jìn)行防護(hù)；北京有部分立交橋采用硅烷涂層作為防護(hù)手段；一些水利工程采用聚氨酯、環(huán)氧涂層作為防護(hù)方法。對于環(huán)境作用不同等級的部位，如護(hù)岸或防浪墻等的潮汐區(qū)、浪濺區(qū)和大氣區(qū)部位以及島上地上建（構(gòu)）筑物外墻及室外構(gòu)件（主要承重構(gòu)件），采取混凝土表面涂層防腐措施，具體涂層體系的選擇可參考相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)。對于建筑地下部分（至少低于海平面部分）的底板和外墻采取可靠的防水措施，視條件可采用如純聚脲材料等材料做防水和防腐蝕處理。也可使用內(nèi)摻型鋼筋阻銹劑，減少鋼筋銹蝕，建議不使用亞硝酸鹽類阻銹劑，可考慮有機(jī)的氨基羧酸、氨基脂等類型的阻銹劑。

記者：請您展望一下混凝土耐久性研究的未來發(fā)展方向。荀高工：混凝土耐久性研究的未來發(fā)展方向主要有以下幾個(gè)方面，一方面混凝土自身的不斷發(fā)展，包括高強(qiáng)高性能混凝土、綠色混凝土等，人們越來越關(guān)注混凝土耐久性能，而不單單關(guān)注強(qiáng)度、流動(dòng)度等指標(biāo)，為混凝土的可持續(xù)發(fā)展提供發(fā)展方向。其中包括高性能外加劑的持續(xù)改進(jìn)和性能提升。另一方面混凝土的監(jiān)測與評估逐漸發(fā)展，在一定條件下考察各個(gè)環(huán)境因素對混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的綜合影響 , 建立混凝土結(jié)構(gòu)耐久性數(shù)據(jù)庫等 , 為日常混凝土的監(jiān)測提供重要手段。當(dāng)混凝土出現(xiàn)破壞或即將破壞時(shí)，提供預(yù)警，引起人們注意后，可進(jìn)行加固和維修，以保證工程質(zhì)量。

最后，混凝土涂層防護(hù)技術(shù)也不斷進(jìn)步。

研究開發(fā)新型涂層防護(hù)，解決工程實(shí)際遇到的問題或難題。

概括地說，聯(lián)合采用混凝土自身抗腐蝕措施和附加防腐蝕措施可以滿足混凝土和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的相關(guān)耐久性要求，具備技術(shù)可行性和適應(yīng)性。未來的發(fā)展方向也是比較明朗。

后記：

我國是一個(gè)發(fā)展中的大國，正在從事著世界矚目的大規(guī)模基本建設(shè)，混凝土耐久性研究具有深遠(yuǎn)意義。因此科學(xué)合理的設(shè)計(jì)，優(yōu)質(zhì)的施工質(zhì)量來提高混凝土結(jié)構(gòu)耐久性及防腐性，延長結(jié)構(gòu)使用壽命是很重要的課題和任務(wù)！

● 人物簡介：

荀武舉，男，高級工程師，2001畢業(yè)于大連理工大學(xué)高分子材料專業(yè)，從事建筑材料專業(yè)技術(shù)工作15年，近五年來，主要從事建筑材料研發(fā)、生產(chǎn)和經(jīng)營工作，先后主持或以技術(shù)骨干承擔(dān)國家、省、市項(xiàng)目二十余項(xiàng)，省部級項(xiàng)目5項(xiàng)，大連市項(xiàng)目16項(xiàng)。申請國家發(fā)明專利8項(xiàng)，取得授權(quán)國家發(fā)明專利2項(xiàng)，實(shí)用新型專利1項(xiàng)。在國內(nèi)重要刊物發(fā)表論文10余篇。“聚羧酸系高效減水劑的研究”項(xiàng)目獲 “大連市科技進(jìn)步三等獎(jiǎng)”；“DK-PC聚羧酸系高性能減水劑”項(xiàng)目獲“遼寧省優(yōu)秀新產(chǎn)品獎(jiǎng)三等獎(jiǎng)”；“C80自密實(shí)高性能泵送混凝土的研究與應(yīng)用”項(xiàng)目獲 “大連市科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)”。

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