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现代中国水泥业的重要任务——破解水泥耐海水腐化困难
2019-9-3 10:35:00
点击次数:208 次

■原国度建材局局长 王燕谋

  导语 以后,我国陆地工程日趋增多,水泥耐海水腐化成绩充分凸显,进步海工混凝土经久性迫在眉睫,破解水泥耐海水腐化困难成为现代中国水泥业的重要任务。

  全球范围看,自20世纪初至今,一个多世纪以来,研究者针对海工混凝土腐化成绩采取了很多技巧改进办法,但海工水泥混凝土的经久性成绩依然存在,并已成为世界性困难。

  在迎接新中国成立70周年之际,原国度建材局局长王燕谋作为一名老建材人,以专家的角度,撰写此文,从世界困难、现行技巧办法、海水腐化机理、不合水泥种类的耐海水腐化性能、破解困难的办法、照应办法6方面,与大年夜家分享破解水泥耐海水腐化的近况及办法与办法等,欲望中国水泥业尽早完成破解水泥耐海水腐化困难的重要任务,为中国经济的安康生长供献力量。

  中华人平易近共和国成立70年以来,中国人平易近在中国共产党引导下经历了筹划经济和社会主义市场经济两个生长阶段,在完成中华平易近族巨大年夜中兴的征程上取得了环球注目标成就。

  中国水泥工业完成了临盆技巧由落后的立窑和湿法向先辈的预分化窑新型干法的华丽改变;创建了6条日产12000吨熟料临盆线、6个切切吨级水泥和熟料临盆基地、长江和珠江现代水泥物流体系,这些先辈举措措施活着界各国环球无双;一大年夜批现代化水泥企业曾经崛起,其运营事迹,令众人刮目相看。弹指一挥间,中国水泥行业面孔面貌一新。在习近平新时代中国特点社会主义思维指引下,水泥临盆技巧正朝着大年夜数据、智能化偏向生长。

  党的十八大年夜、党的十九大年夜都提出扶植陆地强国的目标,“21世纪海上丝绸之路”建议取得广泛照应,我国陆地工程日趋增多。在这新情势下,水泥耐海水腐化成绩充分凸显,进步海工混凝土经久性迫在眉睫。水泥迷信研究分两大年夜方面:临盆技巧、性能与种类。水泥耐海水腐化课题属性能与种类研究范畴。中国水泥行业在临盆技巧的研究和开辟方面,已取得环球公认的巨大年夜成就;新时代请求水泥行业在性能与种类方面也要有所冲破。破解水泥耐海水腐化困难是现代中国水泥业的重要任务。

  世界困难

  早在20世纪初,人们就发明硅酸盐水泥水化体在海水和地下水中的腐化成绩。一个多世纪以来,研究者针对海工混凝土腐化成绩采取了很多技巧改进办法。但是,海工水泥混凝土的经久性成绩依然存在,并已成为世界性困难。近期,国外媒体有关水泥混凝土腐化变乱的报导习认为常。

  美国切萨皮克湾隧桥由桥梁和水下地道构成,穿过切萨皮克海湾,将德玛瓦半岛的弗吉尼亚东海岸连接到弗吉尼亚海滩与弗吉尼亚汉普顿锚地的大年夜都邑区,被称为“现代世界七大年夜工程事业之一”。隧桥是钢筋混凝土构造,分北向和南向两部分,北向部分于1964年建成,全长37千米,耗资2亿美元,有2523个桥墩;南向部分于1999年建成,耗资2.5亿美元,有2951个桥墩。1989年对北向部分停止检测后发明其混凝土桥墩腐化严重。经评价,有623个桥墩应停止修补,须耗资1250万美元,用时两年。其他桥墩的腐化在进一步扩大年夜中,若干年后有待持续维修。

  巴西北部亚马逊地区的莫居河桥,全场860米,桥墩腐化严重,当局有关部分未能及时补葺。2019年4月一艘渡船将桥墩连同200米桥面撞塌,两辆小汽车落入水中,还影响了北部港口的农产品运输。

  在中国,交通部有关单位的查询拜访发明:南部沿海18座应用7年到25年的船埠中,有16座存在明显腐化,9座腐化严重;西北沿海22座应用8年到32年的船埠中,有55.6%的船埠,其混凝土保护层严重零落;南方沿海14座应用2年到57年的船埠中,简直一切船埠都有混凝土腐化景象。

  铛铛代界各国广泛存在因海水腐化水泥而惹起的海工水泥混凝土的经久性成绩。

  现行技巧办法

  为进步海工水泥混凝土经久性,近代研究者开辟出一系列技巧办法,重要从两方面着手:一是加强钢筋抗氯离子锈蚀才能,如采取环氧涂层钢筋、不锈钢包层钢筋、掺钢筋腐化克制剂和设置电阴极保护体系等。二是进步水泥混凝土抗腐化才能。

  世界各国的海工水泥混凝土都采取通用硅酸盐水泥。为进步其经久性所用重要办法是:在水泥中掺高炉矿渣、粉煤灰和硅灰等火山灰质混淆材;在混凝土制造时掺减水剂、引气剂等无机外加剂;在混凝土构件外面涂环氧树脂保护层等。

  在工业蓬勃国度,混凝土工程界广泛认为海工混凝土腐化重要由于海水中氯离子的渗透渗出,招致钢筋生锈,使混凝土崩裂。基于如许的熟悉,都采取氯离子渗透渗出系数DRCM控制混凝土抗腐化性能。

  我国以后的重要陆地工程所用水泥混凝土防腐办法和监控参数,都与工业蓬勃国度类似。

  海水腐化机理

  为能找到精确防腐办法,起首应弄清楚水泥混凝土腐化机理。硅酸盐水泥的重要水化产品是高钙型水化硅酸钙C-S-H(II)、氢氧化钙Ca(OH)2和水化铝酸钙C3AH6。海水中的硫酸盐与水泥中的氢氧化钙产生化学反响生成硫酸钙和氢氧化镁等化合物析出。硫酸钙与水泥中的氢氧化钙和水化铝酸钙产生二次反响,构成水化硫铝酸钙,同时产生体积收缩。新构成物的浸出效应和体积收缩,形成海水对水泥的腐化。

  水泥的腐化,为海水中氯离子的入侵翻开了大年夜门。氯离子沿腐化构成的裂隙向混凝土深部渗透渗出,碰到钢筋,使其生锈,从而形成混凝土构件进一步开裂,乃至剥落。明显,为阻拦氯离子渗透渗出,起首需进步水泥的耐腐化性能。

  在水泥工艺学教科书中,水泥的耐腐化性能用耐腐化系数Kn值表示。K值是在腐化液中养护的抗折强度R液除以在海水中养护的抗折强度R水。n是指养护龄期,普通都采取6个月龄期,也有12个月和24个月的。K值表示式:

  表示式见报纸

  K的物理含义是:其数值小于1,解释水泥体已被腐化,数值愈低,被腐化程度越大年夜;K值大年夜于1,解释水泥体未被腐化,数值愈大年夜,解释水泥体在腐化液中强度不但不降,反而增长愈大年夜。

  根据腐化机理,评价水泥的耐腐化性能不只要看DRCM,更重要的必须考察Kn。

  不合水泥种类的耐海水腐化性能

  铛铛代界有三大年夜类水泥种类。第一类是1824年英国人创造的硅酸盐水泥。该类水泥分通用硅酸盐水泥和特种硅酸盐水泥两大年夜系列。特种硅酸盐水泥系列分油井水泥、包含中热和低热硅酸盐水泥在内的水工水泥、抗硫酸盐硅酸盐水泥、海工硅酸盐水泥等。硅酸盐水泥是领先人类社会应用最广、最多的修建胶凝材料。第二类是1908年法国人创造的铝酸盐水泥,分CA-50、CA-60、CA-70和CA-80四个种类。由于高层次矾土资本稀缺、水泥售价昂贵,所以重要用作耐火材料,修建业很少应用。第三类是20世纪80年代中国修建材料迷信研究总院创造的硫(铁)铝酸盐水泥,此类水泥分浅显硫铝酸盐水泥和铁铝酸盐水泥两个系列,后者又称高铁硫铝酸盐水泥。中国修建材料迷信研究总院和修建材料工业技巧谍报研究地点硫(铁)铝酸盐水泥的科研、临盆和应用等方面,与有关单位密切协作,取得了很大年夜事迹。为适应新时代的生长,该水泥依然是一个待开辟的水泥种类。

  铁铝酸盐水泥和海工硅酸盐水泥的K值示于表1。

  *海工硅酸盐水泥是掺矿渣、粉煤灰、硅灰等混淆材的通用硅酸盐水泥。

  表1解释铁铝酸盐水泥的耐海水腐化性能远比海工硅酸盐水泥好。铁铝酸盐水泥在三亚海水中浸泡12个月后,其强度不但不降,反而进步了27%,浸泡24个月后强度进步了36%。海工硅酸盐水泥在异样条件下浸泡12个月后强度降低了50%,浸泡24个月后降低了52%。

  二种水泥的DRCM,值示于表2。铁铝酸盐水泥和海工硅酸盐水泥的氯离子渗透渗出系数都比较低,比港珠澳大年夜桥桥墩水泥混凝土所控制的数值(4.5~6.5×10-12m2/s)小一个数量级。另外,铁铝酸盐水泥经海水浸泡12个月后,其氯离子渗透渗出系数与海水中浸泡的比拟增长很小,而海工硅酸盐水泥在海水中浸泡异样时间后的氯离子渗透渗出系数则有较大年夜增长。

  表2不合种类水泥在不合水质中的DRCM值

  铁铝酸盐水泥耐海水腐化性能在实际应用中取得了验证。1983年用铁铝酸盐水泥成功砌筑了福建东山岛南门海堤。2018年5月实地考察中看到,海堤经35年的海水昼夜浸泡和冲刷后,依然无缺无损,水泥浆体外面滑腻圆润,看不出被腐化迹象。1996年,用铁铝酸盐水泥扶植的江苏连云港大年夜沙湾游乐土防浪堤,经20多年的海水浸泡和冲刷,其水泥混凝土外面保持如初,连养护用编织袋的印痕仍保存着。为铺设过海引水管,福建南平市水泥制管厂试制了一批自应力铁铝酸盐水泥压力管。1983年工厂在东山县西埔湾围垦工程外海滩将这批压力管停止海水浸泡和干湿轮回实验,同时用自应力硅酸盐水泥压力管作比较。1985年考察时,自应力铁铝酸盐水泥压力管的承插口棱角清楚,外面光亮,没有任何腐化迹象,而自应力硅酸盐水泥压力管承插口和其管面都已被腐化露沙。1995年考察时,自应力铁铝酸盐水泥压力管外不雅照旧,无缺如初,砸开混凝土管壁后看到钢筋滑腻,没有锈蚀迹象,自应力硅酸盐水泥压力管的钢筋已被严重锈蚀。

  破解困难的办法

  比较两种水泥的耐腐化性能后得出,以后破解水泥耐海水困难的根本办法是推行铁铝酸盐水泥,代替以后世界各国陆地工程中都采取的掺各类混淆材和外加剂的硅酸盐水泥。

  今朝,铁铝酸盐水泥可在构件截面积较小的陆地混凝土工程中推行,如砌筑护坡、制造扭工字块,和其他构件和成品等。

  在大年夜体积混凝土工程中推行,工程界提出了三个成绩:一是可任务时间;二是水泥水化热集中释放而惹起的破坏性温度应力;三是大年夜体积构件设计参数尚不完全。这些成绩在普通情况下是可以处理的,例如:用外加剂可调剂到施工所请求的任务时间;预埋冷却水管可处理温度应力成绩。然则,在大年夜型工程上采取铁铝酸盐水泥时,尚需展开体系的大年夜量实验任务,包含实验室研究和工程试点。另外,为周全、正常推行铁铝酸盐水泥,还须要在试点任务的基本上制订出设计和施工标准。

  照应办法

  第一,建材工业技巧谍报研究所是保持硫(铁)铝酸盐水泥研究开辟的事业单位,又是工信部授予的家当技巧基本公共办事平台。在当部分分支撑下,由该研究所结合有关单位,创建科研、临盆、设计和应用相结合的陆地工程用水泥创新平台。

  第二,展开陆地水泥混凝土工程腐化情况的广泛调研。

  第三,扶植先辈的、配套的、开放式的海工水泥混凝土国度实验室。

  第四,由于破解水泥耐海水腐化困难是一个具有巨大年夜社会经济效益的创新项目,展开此类项目不只要靠市场机制,鼓励企业的创新志愿;更加重要的尚需当局的赞助和支撑。

  在这迎接新中国成立70周年的日子里,遵守以习近平同志为核心的党中心关于“不忘初心、切记任务”的教导,我们展望将来,明白偏向,齐心协力,为完成中华平易近族巨大年夜中兴作出新供献!



信息来源:中国建材报
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