专题 | 荀武举：混凝土研发与防护并进让工程建筑具备钢筋铁骨

2017-07-27 16:53:30 作者：邢云辉来源：《腐蚀防护之友》分享至：

记者：混凝土在土木工程中发挥着无可替代的作用，但是复杂的工作环境也使其耐久性面临着严峻的考验，请您谈谈目前混凝土面临的耐久性方面的问题，以及腐蚀与防护学科在混凝土发展中的意义和重要性。

荀高工：目前混凝土面临的耐久性方面的问题主要有以下几个点；一是混凝土的冻融破坏，特别是海水冻融循环条件下，加上氯离子和硫酸盐的侵蚀作用，破坏更为严重。海水中通常含有 3%的盐，其中主要危害是氯盐和硫酸盐。

受严酷环境作用，建筑材料容易发生腐蚀和劣化，降低结构的服役寿命。水渗入混凝土中结冰后会产生反复地膨胀内应力和渗透压力，导致混凝土内部的微裂纹和缺陷逐渐扩大，内部结构逐渐疏松，力学性能降低，表面混凝土逐渐剥落。混凝土保护层对钢筋的保护作用会大大削弱，导致海水中的盐分可轻易侵入混凝土中，从而可造成钢筋严重锈蚀，威胁结构的安全性。二是混凝土的碳化破坏，在南方地区高温高湿环境条件下尤为突出，混凝土中的氢氧化钙与空气中的二氧化碳在一定湿度条件下反应生成碳酸钙，使混凝土的碱性降低（也可广义地称为中性化）。导致钢筋表面钝化膜变得不稳定甚至被破坏，从而引起钢筋锈蚀。三是混凝土因氯离子侵蚀造成钢筋锈蚀，氯离子会长期地通过扩散、渗透、对流和毛细吸附等方式进人混凝土内部，其中当氯离子达到一定浓度后破坏钢筋的钝化膜，“搬运”铁离子，加速电化学腐蚀。导致钢筋锈蚀，削减其有效截面，降低其粘结强度等受力性能，使混凝土保护层顺筋胀裂。四是混凝土的硫酸盐破坏，发生化学反应生成高硫型水化硫铝酸钙，即为钙矾石，导致混凝土胀裂。在混凝土的干湿交替区反复的结晶膨胀，导致混凝土微细裂纹加速形成裂缝。近几年的研究表明，硫酸盐对混凝土的危害更多地是反复结晶膨胀侵蚀。五是混凝土的碱-集料反应。混凝土的碱 - 集料反应，是指混凝土中的碱与集料中活性组分发生的化学反应，引起混凝土的膨胀、开裂、甚至破坏。

腐蚀与防护学科对混凝土耐久性具有积极作用，实践证明，防护涂层如聚脲、聚氨酯、环氧树脂、硅烷等材料在混凝土的抗腐蚀方面有重要作用，可以延长混凝土的寿命，提高工程质量。腐蚀防护中，混凝土结构自身性能是基础，腐蚀与防护等附加措施是重点手段 , 混凝土防护针对不同环境可进行混凝土和钢筋保护，有利于混凝土的发展和进步。防护涂层可以起到封闭作用，具有屏蔽性能（水、氧气、二氧化碳、氯离子、硫酸盐等）、界面性能（附着性、适应混凝土的变形、耐碱性）、视环境不同可起到耐蚀和抗老化、耐盐雾、耐海水长期浸泡、湿固化、耐磨损、耐冲击等性能。视具体混凝土重要性，以及在造价可接受前提下，如对钢筋混凝土构件采用在混凝土中掺入憎水外加剂的防腐蚀措施。对大气中的附属钢筋混凝土构件采用表面硅烷浸渍等防腐蚀措施。综合来看，腐蚀与防护学科在混凝土发展中扮演着不可或缺的角色。

记者：科学技术是第一生产力，耐久性研究在混凝土的应用中发挥着举足轻重的作用，您长期从事混凝土等建筑材料的研发，为土木工程保驾护航，请结合您的科研经历，谈谈您和您的科研团队如何构筑起一套高效，可靠的混凝土防护体系？

荀高工：首先从混凝土材料自身做起，尽量选择优质原材料（包括水泥、掺合料、砂、石、外加剂、水等），根据工程要求和相关国家标准，进行配合比设计和多次试配实验，选出较好的配合比，进行工程应用。对于抗冻混凝土应控制适当含气量 4%-6%。其次，构筑良好的混凝土防护体系，包括选择优质的防护材料，并选择相应的底漆等配套材料。再次，按照合理的施工工艺，注重控制施工过程的各个环节，保证施工质量。加强混凝土养护，以减少混凝土裂缝。混凝土的施工过程对控制构件外观裂缝、施工裂缝至关重要，应加强施工质量管理。混凝土的拌制尽量采用二次搅拌法、裹砂法、裹砂石法等工艺提高混凝土拌合料的和易性、保水性，减少用水量，提高混凝土强度和耐久性。最后，进行工程质量的跟踪和回访。建立混凝土结构检测、监测和评估体系，及时发现 , 及时修复。

以上步骤需要我们在实际工作中，共同讨论制定方案，集思广益，才能做出好的结果。团队成员要互相配合，取长补短，实现优势互补，不同学科和专业的同事经常讨论，可以互相启发，共同提高和进步。团队成员有乐于付出和支持他人工作的习惯和品德，互相帮助，为完成工作任务而持续努力。

混凝土电通量测试仪

混凝土抗硫酸盐侵蚀试验机

混凝土耐磨试验机

红外光谱仪

压汞仪

记者：在您这么多年的科研历程中，能否给我们分享一下您印象深刻的典型案例？并给我们简述一下您或您的团队的这些科研成果或技术目前的应用状况及产生的效益？

荀高工：在大连地铁工程建设中，混凝土耐久性指标要求使用年限100年，特别是电通量指标小于 1000 库伦，我们在大连地铁配合比设计过程中，首先合成了专用聚羧酸外加剂，具有减水率高、增强效果好、和易性好等突出特点，然后优选混凝土原材料，进行配合比设计，成功配制出高耐久性混凝土。最后在大连地铁工程中应用按我们设计的混凝土，实现了大连地铁百年设计的要求。经试验验证结合大量研究得出，降低水胶比和加入掺合料是提高抗氯离子渗透性能的有效措施，56d 电通量由普通混凝土的 2000 ～ 3000 库伦降低至 1000 库伦。

记者：请您结合多年的科研经验谈谈为保证混凝土的耐久性我们关键应该怎么做？

荀高工：首先，控制混凝土的密实度，通过选择优质高效减水剂，降低水胶比，从而提高密实度。其次，采用低水胶比的大掺量矿物混凝土。加入掺合料，降低水化热，特别是大体积混凝土，可有效减少裂缝，降低工程风险。在海工混凝土中尤为重要，因为一旦出现裂缝，海水中的氯盐、硫酸盐会从裂缝中进入混凝土内部和钢筋中，加快混凝土和钢筋的电化学腐蚀。再次，控制施工过程，加强养护。视情况采用混凝土透水模板布或延长拆模时间来提高施工和养护质量。保证混凝土浇筑密实和加强养护。最后，使用表面涂层技术提高混凝土的耐久性。表面涂层包括聚脲、聚氨酯、环氧树脂、硅烷等，根据不同环境和使用要求，选择不同的涂层。根据环境作用等级不同的配筋混凝土结构，采取混凝土表面涂层等附加抗腐蚀措施。如港珠澳大桥的沉管接缝处，采用聚脲涂层进行防护；北京有部分立交桥采用硅烷涂层作为防护手段；一些水利工程采用聚氨酯、环氧涂层作为防护方法。对于环境作用不同等级的部位，如护岸或防浪墙等的潮汐区、浪溅区和大气区部位以及岛上地上建（构）筑物外墙及室外构件（主要承重构件），采取混凝土表面涂层防腐措施，具体涂层体系的选择可参考相应标准。对于建筑地下部分（至少低于海平面部分）的底板和外墙采取可靠的防水措施，视条件可采用如纯聚脲材料等材料做防水和防腐蚀处理。也可使用内掺型钢筋阻锈剂，减少钢筋锈蚀，建议不使用亚硝酸盐类阻锈剂，可考虑有机的氨基羧酸、氨基脂等类型的阻锈剂。

记者：请您展望一下混凝土耐久性研究的未来发展方向。荀高工：混凝土耐久性研究的未来发展方向主要有以下几个方面，一方面混凝土自身的不断发展，包括高强高性能混凝土、绿色混凝土等，人们越来越关注混凝土耐久性能，而不单单关注强度、流动度等指标，为混凝土的可持续发展提供发展方向。其中包括高性能外加剂的持续改进和性能提升。另一方面混凝土的监测与评估逐渐发展，在一定条件下考察各个环境因素对混凝土结构耐久性的综合影响 , 建立混凝土结构耐久性数据库等 , 为日常混凝土的监测提供重要手段。当混凝土出现破坏或即将破坏时，提供预警，引起人们注意后，可进行加固和维修，以保证工程质量。

最后，混凝土涂层防护技术也不断进步。

研究开发新型涂层防护，解决工程实际遇到的问题或难题。

概括地说，联合采用混凝土自身抗腐蚀措施和附加防腐蚀措施可以满足混凝土和钢筋混凝土结构的相关耐久性要求，具备技术可行性和适应性。未来的发展方向也是比较明朗。

后记：

我国是一个发展中的大国，正在从事着世界瞩目的大规模基本建设，混凝土耐久性研究具有深远意义。因此科学合理的设计，优质的施工质量来提高混凝土结构耐久性及防腐性，延长结构使用寿命是很重要的课题和任务！

● 人物简介：

荀武举，男，高级工程师，2001毕业于大连理工大学高分子材料专业，从事建筑材料专业技术工作15年，近五年来，主要从事建筑材料研发、生产和经营工作，先后主持或以技术骨干承担国家、省、市项目二十余项，省部级项目5项，大连市项目16项。申请国家发明专利8项，取得授权国家发明专利2项，实用新型专利1项。在国内重要刊物发表论文10余篇。“聚羧酸系高效减水剂的研究”项目获 “大连市科技进步三等奖”；“DK-PC聚羧酸系高性能减水剂”项目获“辽宁省优秀新产品奖三等奖”；“C80自密实高性能泵送混凝土的研究与应用”项目获 “大连市科技进步二等奖”。

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