活性摻合料對(duì)地鐵混凝土雜散電流的抑制作用

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[摘　要]　采用磨細(xì)礦渣和粉煤灰等活性摻合料,對(duì)地鐵混凝土抗雜散電流性能進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)研究,結(jié)果表明,摻加活性摻合料使混凝土鋼筋鈍化膜電阻Rc和累積電量得到提高,從而使地鐵混凝土的抗雜散電流能力顯著增強(qiáng)。

[關(guān)鍵詞]　摻合料;　地鐵;　混凝土;　雜散電流

0引言　　

雜散電流,是指由采用直流供電牽引方式的地鐵列車(chē)在地鐵長(zhǎng)期運(yùn)行后其受到污染、滲漏和高地應(yīng)力破壞等原因而泄露到道床及其周?chē)寥乐械碾娏?。它可能使地鐵列車(chē)周?chē)穆竦亟饘俟艿馈⑼ㄓ嶋娎|外皮以及車(chē)站和隧道主體工程中的鋼筋發(fā)生電化學(xué)腐蝕,由陽(yáng)極反應(yīng)產(chǎn)生的腐蝕產(chǎn)物鐵銹等在鋼筋或鋼管表面沉積形成銹層而產(chǎn)生膨脹,從而導(dǎo)致鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)破壞[1]。

鐵工程的主體結(jié)構(gòu)為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),在相對(duì)封閉的環(huán)境下,地鐵工程特有的雜散電流對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的腐蝕破壞是影響其耐久壽命和結(jié)構(gòu)安全的重要因素,必須引起足夠的重視[2]。

1地鐵雜散電流的研究進(jìn)展　　

雜散電流對(duì)埋地金屬管線(xiàn)和混凝土主體結(jié)構(gòu)中鋼筋的腐蝕在本質(zhì)上是電化學(xué)腐蝕,這種腐蝕屬于局部腐蝕,其原理與金屬在大氣條件下或在水溶液及土壤電解質(zhì)中發(fā)生的自然腐蝕一樣,都是具有陽(yáng)極過(guò)程和陰極過(guò)程的氧化還原反應(yīng)。但混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋在高電壓和較大的雜散電流作用下,所發(fā)生的腐蝕與其在電解質(zhì)中自發(fā)進(jìn)行的腐蝕有較大的區(qū)別,主要表現(xiàn)在鋼筋的腐蝕速率與周?chē)橘|(zhì)的電阻率、混凝土的水膠比等有關(guān),實(shí)際的電化學(xué)當(dāng)量、腐蝕速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于電解質(zhì)溶液中的腐蝕速率[3]。

來(lái)對(duì)于地鐵雜散電流的研究取得了一些進(jìn)展[4～8],主要研究成果有地鐵雜散電流的形成機(jī)理研究和對(duì)鋼筋混凝土中鋼筋腐蝕的模擬試驗(yàn)研究,初步得出了混凝土雜散電流的電化學(xué)當(dāng)量、腐蝕速率等參數(shù),另外,采用高阻抗混凝土等方法來(lái)抑制雜散電流也取得了一定進(jìn)展,但是,國(guó)內(nèi)對(duì)于地鐵混凝土抗雜散電流研究不夠深入,迫切需要進(jìn)行地鐵混凝土雜散電流形成機(jī)理和抑制方法的系統(tǒng)研究。結(jié)合某地鐵工程混凝土耐久性研究,本文對(duì)活性摻合料對(duì)地鐵雜散電流的抑制作用進(jìn)行了試驗(yàn)分析。

2地鐵混凝土抗雜散電流腐蝕耐久性的試驗(yàn)研究

2.1試驗(yàn)原材料

水泥:“天寶”P.O32.5級(jí),堿含量0.49%,28d抗壓強(qiáng)度47.9MPa;粉煤灰:南熱Ｉ級(jí),堿含量1.34%,需水量比91.8%;磨細(xì)礦渣:比表面積420m2/kg,堿含量1.34%,需水量比91.8%;砂:宏田江砂,視密度2.68g/m3,細(xì)度模數(shù)2.64;碎石:泉水碎石,視密度2.70g/m3,粒徑5mm～40mm;外加劑:HLC型防滲抗裂劑,減水率22%。

2.2　地鐵混凝土配合比

設(shè)計(jì)基準(zhǔn)混凝土配合比D0,根據(jù)粉煤灰和磨細(xì)礦渣的不同摻量選取單摻粉煤灰的混凝土配合比Df1—Df2,單摻磨細(xì)礦渣的混凝土配合比DK1—DK2,雙摻磨細(xì)礦渣和粉煤灰的混凝土配合比DfK1—DfK2。該地鐵Ｃ30泵送混凝土的配合比見(jiàn)表1。

2.3地鐵混凝土抗雜散電流試驗(yàn)結(jié)果分析

按以上配合比成型尺寸為10cm×10cm×10cm的混凝土試件,成型時(shí)在向上一面的中心垂直插入直徑8mm、長(zhǎng)8cm的鋼筋,鋼筋的兩端都埋入試件內(nèi),在鋼筋的一端焊有絕緣銅線(xiàn),絕緣銅線(xiàn)露在試件外的長(zhǎng)度約為25cm。試件養(yǎng)護(hù)28d后在上下面和三個(gè)側(cè)面涂環(huán)氧樹(shù)脂封閉,保留一個(gè)側(cè)面不涂。

模擬地鐵現(xiàn)場(chǎng)的工況,將混凝土試件和電極板放入盛有液體的容器內(nèi),試件的開(kāi)放面與電極板平行,距離1cm。試驗(yàn)時(shí)接直流電,鋼筋接正極,電極板接負(fù)極,測(cè)量基準(zhǔn)配合比與摻合料配合比在直流條件下的電阻和累積電量。將混凝土試件分部分浸泡于3.5%Nacl溶液和飽和Ca(OH)2溶液中,液面距試件頂面保留5mm距離,進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間通電,直至混凝土試件開(kāi)裂或?qū)Ь€(xiàn)與鋼筋的連接被腐蝕中斷為止。

研究表明[9],混凝土試件在液體中導(dǎo)電是離子導(dǎo)電。經(jīng)測(cè)試,混凝土試件在開(kāi)裂前的電流不大于100mA,功率最大是5w,不會(huì)造成很大的溫差,因此通電后溫度上升不是造成混凝土試件脹裂的主要原因,而鋼筋銹蝕體積膨脹則是混凝土試件脹裂破壞的決定因素。本試驗(yàn)研究測(cè)得的直流電阻和累積電量見(jiàn)表2。

從表2可以看出,摻加活性摻合料(單摻粉煤灰、單摻礦渣和雙摻粉煤灰礦渣)的混凝土試件,無(wú)論在3.5%Nacl溶液中還是飽和Ca(OH)2溶液中,其混凝土試件電阻和混凝土試件開(kāi)裂時(shí)的累積電量均得到較大增加。在單摻粉煤灰和單摻礦渣的混凝土試件中,單摻磨細(xì)礦渣的混凝土試件電阻最大,直到其他各組混凝土試件開(kāi)裂,而單摻磨細(xì)礦渣的混凝土試件仍完好無(wú)損,這表明單摻磨細(xì)礦渣對(duì)地鐵混凝土抗雜散電流效果最明顯。