浅谈海港工程混凝土中添加抗蚀增强剂(CPA)的应用

　　0.前言

　　当前我国海港、海岸工程等建设蓬勃发展，海港工程混凝土结构的数量迅速增长，然而海港工程混凝土腐蚀情况也十分普遍，经济损失巨大。工程中港口、码头等混凝土处在易受腐蚀的恶劣自然环境中，不可避免地要遭受海水、大气中有害物质的腐蚀，特别是处在浪溅区、水位变动区的混凝土。海港工程混凝土一般使用30多年其混凝土构件就遭受严重腐蚀，影响结构耐久性和安全性，为了保证海港各种设施的安全运行，提高结构耐久性和保证结构安全性，必须采取各种有效的防腐蚀措施。海港工程的混凝土构件是极其重要的结构部位，在海港工程混凝土中添加适量外加剂是一项常用的防腐蚀措施之一,可以促进混凝土质量的优化，提升混凝土的性能，降低混凝土的孔隙率和透水性，从而提高结构耐久性，在海港工程混凝土中添加外加剂也成了混凝土配合比优化设计常用方法，而海港工程混凝土抗蚀增强剂为提高海港工程混凝土耐久性提供了新的材料。

　　1.海港工程混凝土腐蚀的原因分析

　　从国内外海港工程混凝土破坏情况的分析表明，不仅海水中的有害离子对混凝土化学侵蚀，以及冻融、干湿等物理作用破坏外，还有混凝土收缩开裂、抗渗性差也是重要原因之一，裂缝成为有害离子（CL-、Mg2+等）渗入混凝土内部的渠道，与混凝土中的Ca(OH)2 起化学反应，使钢筋的侵蚀和冻害加剧，导致海港工程混凝土耐久性下降。总之，混凝土在海水环境中的破坏是若干物理化学作用的综合结果。

　　海港工程混凝土结构耐久性涉及设计、材料、施工等方面，分析了海港工程混凝土的物理化学破坏后，就可以找到减少其破坏过程的技术措施。由于经常受干湿和收缩影响，混凝土表面或内部不可避免出现裂缝，这对长期处在具有腐蚀性的海水环境中的混凝土无疑是致命的，如何防止或减少混凝土结构开裂，并提高混凝土密实度和抗渗性是至关重要的。

　　2.提高海港工程混凝土耐久性的技术措施

　　2.1水泥品种的选择

　　对海港工程混凝土选择合适的水泥品种是十分重要的，应保证降低孔隙率、降低透水性和增强抗渗性，以及保护层不出现裂缝或控制有害裂缝（宽度大于0.2mm），为确保海港工程混凝土的耐久性，宜优先选用C3A含量小于8%的普通水泥或抗硫酸盐水泥。

　　2.2适量添加高效减水剂

　　单靠水泥品种选择和水泥用量增加是不够的，国内外现在越来越多地通过添加外加剂来调节混凝土的性能，取得了很好的效果。

　　在海港工程混凝土中添加高效减水剂，能保持混凝土工作性质不变而显着减少拌合用水量、降低水灰比，提高海港工程混凝土的密实性和不透水性；同时，在混凝土中添加相适应的高效缓凝减水剂，还可以改善混凝土和易性、降低水化热、减缓水化速度，推迟初凝时间4～6h，延缓水泥水化热的释放速度，推迟混凝土放热高峰时间，延长混凝土升温期，减少混凝土表面温度梯度，避免或减轻混凝土开裂。

　　2.3适量添加优质粉煤灰、矿渣粉等活性混合材

　　粉煤灰、矿渣、硅灰等火山灰质材料的大量研究和应用，使水泥品种对混凝土抗裂防渗的影响日渐突出。通过改善混凝土和易性、降低水化热、与硅酸盐水泥水化过程中产生的Ca(OH)2反应，致密水泥石结构、改善集料和水泥浆体界面之间的粘结等作用，提高硬化混凝土微结构的均匀性和抗裂能力。

　　粉煤灰、矿渣等活性混合材在其火山灰反应中，消耗硅酸盐水泥熟料水化产生的Ca(OH)2，使混凝土中Ca(OH)2含量减少，减轻NaCl等对水化硅酸钙的腐蚀。粉煤灰还能改善水泥石孔结构,使水泥浆体中70%以上的孔分布在200?魡粉煤灰、矿渣等活性混合材在其火山灰反应中，消耗硅酸盐水泥熟料水化产生的Ca(OH)2，使混凝土中Ca(OH)2含量减少，减轻NaCl等对水化硅酸钙的腐蚀。粉煤灰还能改善水泥石孔结构,使水泥浆体中70%以上的孔分布在200?魡以下，大大降低Cl-的扩散系数，从而降低海水对混凝土的化学侵蚀。

　　2.4适量添加海港混凝土抗蚀增强剂（CPA）

　　海港混凝土抗蚀增强剂是一种复合外加剂，以适量添加混凝土中，达到相关技术规范中的混凝土技术要求，具有很好的抗裂性能和抗渗性。

　　3.外加剂在海港工程混凝土施工中的作用

　　3.1对混凝土内部温度进行有效控制

　　在海港工程混凝土中普遍用到的外加剂有减水剂、缓凝剂、缓凝减水剂等，不仅提高混凝土和易性外，还可以抑制早期水化的温升，对混凝土的内部温度进行有效控制。混凝土块体之所以在内部温度升高后能够有所降低，其主要原因还是因为缓凝减水剂在水泥水化放热的过程中起到了很好的转变作用，实现有利的温度控制，防止混凝土开裂。

　　3.2克服骨料级配不佳的影响和改善混凝土的和易性

　　在施工时遇到级配差的骨料时，拌制混凝土过程中会由于流动性减小而导致用水量增多，对混凝土质量是极不利，需添加减水剂做出适当的调整。在海港工程混凝土添加外加剂主要是为了改善混凝土的和易性，对含水量进行有效控制，由于萘系减水剂和木钙的运用变得逐渐普遍，使得添加外加剂改善和易性的效果能够很好地发挥。

　　3.3提高施工的适应性

　　在港口施工时常常要考虑到地理和气候等原因带来的影响，在需要时应该增加相关的设施来满足不同环境下的施工需要，在炎热或寒冷地区的施工需要运用缓凝剂、缓凝减水剂来不断优化混凝土施工的适应能力，确保混凝土的浇筑质量达到标准。

　　3.4改进混凝土的施工工艺

　　在施工过程中运用新工艺、新技术能够对施工工艺进行优化，如泵送混凝土、流动混凝土、喷射混凝土等等，因外加剂的不同使用效果，对于其具体的海港工程施工工艺也有着很大的促进。

　　3.5提高抗气蚀能力

　　在混凝土标号超过400号后，在30m³/s左右的流速环境下就难以出现气蚀破坏，用高效减水剂制备高强度混凝土可以提高抗冲磨、抗气蚀的性能，运用高效减水剂就可以配制出高标号混凝土，而且用高效减水剂配制高标号混凝土要比树脂混凝土和聚合物混凝土经济得多，且施工简便，没有污染。

　　4.混凝土外加剂的使用现状

　　目前，我国海港工程混凝土一般采用添加粉煤灰或矿渣粉、减水剂和调凝剂，同时还要根据海水环境条件，分别添加引气剂，阻锈剂，防水剂和膨胀剂等如此多的添加剂成分，不易保证混凝土质量。

　　工程实践表明，尽管海港工程混凝土添加了引气剂，阻锈剂，减水剂等并且达到了海港混凝土技术要求，但是有些海港工程混凝土结构腐蚀现象也非常严重，这种现象除了与设计和施工质量外，混凝土早起收缩开裂也是重要原因，这点往往被忽视，所以具有抗裂防渗性能的海港混凝土抗蚀增强剂（CPA）的推广应用是非常必要的。

　　5.海港混凝土抗蚀增强剂（CPA）的性能

　　5.1海港混凝土抗蚀增强剂（CPA）

　　是一种复合外加剂，适量添加混凝土中，达到《海港工程混凝土混凝土结构防腐蚀技术规范》中混凝土抗氯离子渗透性要求、满足《混凝土外加剂应用技术规范》、《混凝土膨胀剂》中的补偿收缩混凝土技术要求，具有优异的抗裂防渗性能。有效解决了混凝土因干缩和冷缩产生有害裂缝、氯离子渗透、海水侵蚀等问题，是提高海港工程混凝土结构耐久性的优质材料。

　　5.2CPA的组成大致有

　　（1）硫铝酸盐类膨胀剂——起补偿收缩的抗裂作用。

　　（2）高效引气剂——起抗冻作用。

　　（3）高效阻锈剂——起防止钢筋锈蚀作用。

　　（4）硅粉或超细磨渣粉——起密实，抗蚀作用。以下，大大降低Cl-的扩散系数，从而降低海水对混凝土的化学侵蚀。

　　经过大量的试验研究，CPA内掺量（替代胶凝材料重量）为10%左右CPA外观为灰白粉末，比重2.90。CPA中的MgO＜3%，氯离子含量＜0.03%，碱含量＜0.7%，无有害成分。在P.O.42.5水泥中内添加10%CPA，与基准水泥相比，CPA水泥的凝结时间正常，对强度影响不大，7d水中限制膨胀率ε2=3.1×10-4，180d 限制干缩率为1.02×10-4。

　　5.3 CPA水泥砂浆具有膨胀性能，且干缩率较小，也即具有补偿收缩及抗裂性能

　　混凝土的配合比设计见表1。CPA以8%、10%、12%等量取代水泥和粉煤灰。FDN减水剂掺量为胶凝材料的0.8%，配制C40高性能混凝土。

　　（1）CPA对混凝土的坍落度影响不大，凝结正常，工作性良好。

　　（2）随CPA添加量增加，混凝土早期强度有所降低，但后期强度稳定上升。

　　（3）随CPA添加量增加，混凝土的限制膨胀率从1.9×10-4提高到3.15×10-4，其膨胀效应比空白混凝土增加 4～6倍，干缩率也下降1～2倍，说明CPA混凝土具有良好的补偿收缩功能。　

　　（4）添加与不添加CPA混凝土的弹性模量基本相同，28d的EC在3.50Gpa左右。

　　（5）将准15×30mm光面钢段埋入尺寸为10×10×10cmCPA混凝土中，养护6月和1年后破型，观察钢段表面无锈斑痕迹，说明CPA对钢筋无锈蚀作用。

　　（6）将10×10×10cm的CPA混凝土块，经28d标准养护后，放入恒温恒湿碳化箱内6个月，取出后用酚酞溶液检测其表面碳化深度，结果表明CPA混凝土抗碳化性能优于普通混凝土。

　　5.4特性

　　经过各种试验和实践表明：

　　（1）具有较高的不透水性、优异的抗氯离子渗透性及抗硫酸盐腐蚀能力。

　　（2）低碱、低掺。

　　（3）不影响凝结时间，对强度影响不大，具有微膨胀性能，后期收缩较小，即具有补偿收缩及抗裂性能。

　　（4）膨胀期短，水中14天后，不再有明显膨胀，对混凝土后期强度增长有利。

　　6.结束语

　　港口工程如码头、船坞和跨海大桥等，海水腐蚀对其混凝土结构破坏是非常普遍和严重的，国内外对混凝土结构的耐久性，延长构筑物的安全使用期已越来越重视，国家对提高重大工程结构耐久性的资金投入也给与相应支持。

　　海水腐蚀不仅与混凝土的抗渗性有关，混凝土的早期收缩开裂也是重要原因，在海港混凝土添加抗蚀增强剂（CPA）能有效提高混凝土抗渗性和减少混凝土结构有害裂缝出现，是提高混凝土耐久性非常重要的技术措施，海港混凝土抗蚀增强剂论文联盟（CPA）的推广应用对提高海港工程混凝土耐久性具有非常重要的现实意义。

　　【参考文献】

　　[1]游宝坤,董同刚.使用海港混凝土抗蚀增强剂（CPA），提高沿海建筑结构耐久性[J]．地下工程与隧道，2007（A01）．