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我国进行了30年的混凝土海水腐蚀实验,有意义吗?结果一举两得

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在21世纪的今天,大型建筑物随处可见,拔地而起的大厦,横跨海洋的桥梁,然而这些建筑物建造都离不开廉价的混凝土,说起混凝土,相信大家一定不会陌生,混凝土是指以丰富的水泥作为主要的凝胶材料,然后加入一定比例的水、砂、石子,混合而成的一种廉价的建筑材料。

  

  在建筑中,为了使混凝土硬度增加,通常做法是在中间加入钢筋,起到骨架支撑的作用,因此,用混凝土能建造出数百米高的楼房,寿命甚至可达百年,但对于那些水中建筑而言,寿命往往很短,有的海港码头不到20年就已经十分破旧的,对建筑寿命影响最大的是含有大量氯盐的海水。

  

  海洋腐蚀环境海水中盐分总量大约在3%,且富含Cl—,Mg2+,SO42—,这些离子对混凝土结构有很强的腐蚀作用。而Cl—又是造成钢筋锈蚀的主要原因,海洋环境富含Cl—。在混凝土的液相中,当Cl一与OH—>0.61时,钢筋开始锈蚀,在海洋工程中,以此作为混凝土腐蚀的“临界值”。

  

  混凝土内的钢筋锈蚀属于电化学反应,钢铁本身就是一种比较容易生锈的金属,即便在空气中也会缓慢生锈,因此用于水中建筑的钢筋外表面都会特意制造一层致密的氧化膜,这样一来不易生锈腐蚀,但氯离子可以破坏钢筋表面的氧化膜,让容易生锈的铁基露出来,另外,氯离子在钢筋中形成腐蚀电池,加速腐蚀。

  在40年前,我国专家曾对沿海地区的18座混凝土建造的海港码头进行了调研,这些海港码头年限并不是很久,使用寿命都没有超过20年,但是调查的结果却很不尽人意,80%以上码头混凝土内的钢筋出现了严重锈蚀现象,这意味着耐久性成问题,要不了多久,这些码头又得重新修建了。

  

  为了提高混凝土桥墩的耐久度,在1987年,我国中交四航工程研究院开展了一项时间很长的测试实验,研究混凝土耐腐蚀性,研究员将钢筋混凝土试件放到海水中,了解混凝土的腐蚀过程,研究员每天都需要提取混凝土样本,作为参考对比,日复一日,年复一天,其中一块钢筋混凝土试件竟不自不觉地放了近30年。

  

  这项实验有意义吗?让中交四航工程研究院对“混凝土”的耐久性有了充分的了解,并研究出提高水下混凝土的耐久性的方法,在混凝土中加入粉煤灰,制造出抗腐蚀性混凝土,阻止钢筋锈蚀,大大提高了混凝土寿命,将粉煤灰掺入量多少为成三个不同等级,粉煤灰占比10%,粉煤灰占比30%,粉煤灰占比40%。

  

  煤,石油,天然气我们见过,什么是粉煤灰?可能有人不太知道,粉煤灰又被称为“飞灰”和“烟灰”,它是煤在燃烧时排出的微小颗粒,通常存在于燃料燃烧所产生的烟气中,直径一般在1至100μm之间,表面光滑,呈球状,燃烧一吨煤可产生约300公斤粉煤灰,因此,粉煤灰一直被视为空气污染物。

  

  很多年前,那些燃烧煤的火力发电站都会竖立一根又长又粗的大烟囱,排放大量粉煤灰,时间一长,污染空气不说,附近地面河流全都是黑色粉煤灰,淤塞河道,对人类和生态环境都有影响,其中的一些化学物质对生物和人体造成危害。所以将粉煤灰回收并用于混凝土中,可谓是一举两得的美事。

  都说十年磨一剑,经过数十年的研究,四航工程研究院的工程师,还研究出增强混凝土的其它方法,比如把磨细的硅粉、矿渣粉等工业废渣废料掺入到混凝土中测试,结果都取得了理想的效果,获得各种不同规格的水下混凝土,有较强抗氯盐能力,强度是之前普通混凝土的数倍。

  

  作为混凝土材料最重要的一条是廉价和量大,而四航工程研究院选择的这些添加物正是量大的废物,这就是在“变废为宝”,结果是一举两得,非常有意义。

  现在,四航工程研究院承担跨海大桥港珠澳大桥的设计,港珠澳大桥是世界上最长的跨海大桥,全长55公里,设计寿命为120年,比普通的商用房寿命还要长得多,要知道普通住房寿命只有50至60年,而港珠澳大桥存在于气候条件复杂的大海中,湿度大,氯盐高,蒸发大,气流活动频繁,因此对稳定性、耐腐蚀性要求更高。有趣的科学探索内容请关注唯一微信公众号:有趣探索

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