钢结构砂仓内侧混凝土防腐耐磨损层工程实践.pdf

2 0 1 1 年 l 0 月 第 4 0 卷第 5 期 中国矿 山工程 Ch i n a Mi n e Eng i n e e r i n g 0c t ． ． 2 0l 1 Vo 1 ． 40 NO． 5 钢结构砂仓 内侧混凝土 防腐耐磨损层工程实践 En g i n e e r i n g p r a c t i c e o f c o n c r e t e c o r r o s i o n — — r e s i s t a n t a n d we a r — r e s i s t a n t l a y e r i n s i d e t h e s t e e l s a n d bi n 姜浩刚， 刘 鹏( 山 东 黄 金 矿 业 股 份 有 限 公 司 焦 家 金 矿 ， 山 东莱 州2 6 1 4 4 1 ) 摘要： 结构防腐主要从混凝土内部分析其腐蚀性， 并通过掺入外加剂进行有机补偿， 使其应用于各种抗裂防渗混凝土。焦家 金矿寺庄矿 区砂仓采用钢结构仓壁 内侧混凝土护壁 防腐 ， 取得 了很好 的效果。 关键词： 防腐混凝土 ； 钢结构 ； 耐磨性 Ab s t r a c t ：T h e c o n s t r u c t i o n c o r r o s i o n — r e s i s t a n t s h o u l d ma i n l y c o n s i d e r t h e c o r r o s i v e n e s s i n c o n c r e t e i n t e r i o r ，a n d t h e o r g a n i c c o mp e n s a t i o n wa s p e rfo r me d b y a d d i n g a d mi x t u r e s ，a n d wh i c h ma k e i t a p p r o p r i a t e t o a p p l y i n v a r i o u s c r a c k r e s i s t a n c e a n d i mp e r me a b l e c o n c r e t e ． C o n c r e t e c o r r o s i o n — r e s i s t a n t l a y e r i n s i d e t h e s t e e l b i n w a s u s e d i n S h i z h u a n g mi n e a r e a o f J i a o j i a g o l d mi n e ， a n d g o o d e f f e c t w a s o b t a i n e d ． Ke y wo r ds ：c o r r o s i o n r es i s t a nt c o nc r e t e；s t e e l c o ns t r u c t i o n；we a r r e s i s t a nt — j 』 一 — — 一 1 日 『j舌 焦家金矿寺庄矿区生产规模不 断扩大 ， 原有 的简易 充填 站已经不能满足现在 的生产需要 ， 为了扩大生产 ， 2 0 1 0 年在焦家金矿寺庄矿 区新建设一座 1 O 0 0 m 钢结构 充填砂仓 ， 由于寺庄矿 区井下水氯离子含量非 常高 ， 达 到 1 6 O 0 0 mg ／ L ， 如果单纯采用钢结构砂仓 ， 井下水 氯离 子对钢结构 的腐蚀影响很大 ， 混凝土结构的砂仓施工难 度大 、 容易出现渗漏 、 工期长 ， 因此砂仓主体决定采用钢 结构与钢结构仓壁混凝土护壁耐磨损的方法。 2 设计方案 2 ． 1 钢结构仓壁防腐蚀方案 钢结构仓壁防腐蚀方案见图 1 。 研究 防腐技术 的 目的在于使 结构物从投入使用到 钢结构仓壁 开始锈蚀 的时间尽 可能 的接 近设计寿命 。 要想完全避免 C l 一 的腐蚀 ， 最理想 的方法就是从根本上 保证钢结 构仓壁与氯盐 环境隔绝 ， 事实上 这不可能实 现 。可行的是有效地控制氯盐的总量 ， 使之限定在规定 的范 围之 内。依据 钢结构仓壁在氯盐环境中电化学行 为 的研究和腐蚀机 理 ， 凡是能有效阻止混凝土 p H值下 降 、 保 证钢结构仓壁界面上的钝 化膜不活化 、 维持界面 双电层 的电位恒定 、 避免钢结构仓壁表面去极化 ， 就能 有效地控制腐蚀。 ( 1 ) 严格检测 、 增厚保护层 。质检部 门应把“ 新拌砂 第5 期 姜 浩刚等 ： 钢结构砂仓内侧混凝土防腐耐磨损层工程实践 直径 6 ． 5 锚筋@5 0 0 ， 细石混 凝土 悔花状布置 J 一 2 0 ram厚度钢板 J d _ 】 6 4 @1 0 0 焊接钢丝 网 + 1 0 ．0 m至 + 3 2 ． 0 m 为砂仓仓体 L 2 Q ． 1 图 1 砂 仓侧 壁剖面大样图 浆法” 和“ 硬拌砂浆法” 作为工程质检的必测过程 ， 使 原材料中所含氯盐总量控制在限定值之内。仅靠 自 身带入 的氯离子不 足以造成钢结构仓壁的锈蚀 ， 可 在此基础上适当提高保护层厚度。大量工程实践和试 验表明， 处于氯盐环境中的混凝土表面 1 2 ra m深度 内的 氯离子浓度远远高于2 5 ～ 5 0 mm深度范围内的值。因 此 ， 在氯盐环境中的混凝土保护层厚度应不小于3 0 m m。 ( 2 ) 优选原材料和阻锈剂。在选择水泥时尽量 选择矿渣、 火山灰、 粉煤灰水泥。这类水泥中的C a ( O H) 含量低 ， 能够预防氯盐对水泥石的溶解和溶 出， 并防 止氯盐与水泥石发生碱集料反应而生成低强度 、 低 胶结力 的膨胀盐 ， 致使混凝土松散 、 露骨和脱落 。粗 骨料应尽量选择高碱性的碳酸岩碎石 ， 一方面能与 水泥有高强度 的胶结力 ， 另一方面能形成高碱性的 环境 ， 使钢 结构 仓壁界 面 的钝 化膜 长期处 于钝化 态 。细骨料要尽量采用河砂 以防止海砂带人氯盐。 在此基础上优选适合于工程特点的钢结构仓壁阻锈 剂 ， 建议使用 N a N O 复合型阻锈剂 ， 这种碱性阻锈剂 在碱性环境 中可生成 F e 0 氧化膜 ， 阻止 C l 一 离子对 钢结构仓壁的腐蚀。 ( 3 ) 采用三组分胶结 材料及涂层 。降低腐蚀介 质在混凝土 中的渗透 性 ， 是 防止 C l 一 进入钢结构仓 壁表面最直接的方法之一。通常采用 的方法是在混 凝 土 中掺加一定量 的微 硅粉 、 粉煤 灰或磨细矿渣 。 水泥 、 微硅粉 、 粉煤灰称为三组分胶结材料 。三组分 胶结材料制成的混凝土 ， 具有极低 的渗透性且有很 高的抗 C l 一 渗透能力 ， 还兼有低热 、 经济等优点 。微 硅粉可 以提高混凝土的耐磨性 ， 微硅粉和粉煤灰能 有效降低活性集料含量及 总碱量 ， 从而避免碱集料 反应发生。此外混凝土表面涂层是防止钢结构仓壁 锈蚀 的第一道防线。混凝土表面的涂层能在一定时 期内有效 防止腐蚀介质浸入 ， 但 因其使用寿命 的限 制 ， 不能广泛使用 。 目前与混凝土寿命匹配的水泥 基聚合物涂层、 砂浆层成为混凝土表面保护层的首选。 2 ． 2 钢结构仓壁 内侧混凝土护壁的耐磨损方案 由于砂仓仓体内部在旋流器以及风水造浆过程 中， 对尾砂进行分级处理 ， 不断扰动的尾砂矿浆对于 仓壁 的磨损 比较大 ， 钢结构仓壁采用 内侧混凝土护 壁主要利用了混凝土的下列特点。 ( 1 ) 抗压强度与耐磨损性。混凝 土的抗压强度 和磨损系数之间的关系 ， 抗压强度越高 ， 磨损系数成 指数关系降低 。卵石混凝土相对于碎石混凝土 向耐 磨性 大这一侧移动 ， 这是 因碎石表 面粗糙 ， 容 易磨 损 ， 砂浆一碎石之间的粘结力强 ， 抗压强度大 ； 而卵 石表面光滑不容易磨损 ， 砂浆与骨料的粘结力小 ， 抗 压强度低 。所 以卵石混凝土的曲线 向耐磨性高 的一 侧移 动。碎石 的粘结力大 ， 拔 出来难 ， 但容易被 削 平 。综合考虑 ， 即使磨损系数稍大些 ， 与卵石相 比还 是碎石更能适应于高耐磨性的混凝土。无论是砂浆 部分还是粗骨料( 碎石 ) ， 要想得到均匀的磨损 ， 其抗 压强度要在 8 0 9 0 MP a 以上。 ( 2 ) 骨料的最大粒径和耐磨性 。由于骨料从混 凝土中被拔出来 ， 磨耗继续进行 ， 进入孔穴中的砂砾 由于高速水流而转动 ， 使混凝土受到洗挖 ， 结构物本 身 的安全性 由于缺陷损伤而受影响。因此 ， 粗骨料 的最大粒径( D ⋯) 的选择是很重要的， 当单方混凝土 的水泥用量及水胶 比( W ／ B) 一定时 ， 改变 D 一时 ， 不 管单方水泥量多少 ， D⋯为 2 5 ram时磨损 系数最低 。 抗压强度越低 ， 砂浆部分容易削弱 ， 单方水泥量少的 混凝土更加 明显 。 ( 3 ) 砂率( S ／ a ) 和耐磨性。砂率低时粗骨料 占有 的面积大， 混凝土强度低时， 其耐磨性能由粗骨料承 担 ， 对耐磨是有利 的 ， D ⋯为 2 5 ram的碎石和卵石的 混凝 土 ， 坍落度一定 ， 对某单方水泥用量的混凝土 ， 改 变 其 砂 率 时， 无 论 是 卵 石 或 碎 石， 水 泥 用 量 4 0 0 k g ／ c m 以下 ， S ／ a越小磨 损 系数 降低 ； 水 泥用量 4 5 0 k g ／ c m 以上时 ， S ／ a 在 3 0 ％左右 ， 磨损系数达最小 值 。而且使用碎石混凝土时 ， 单方混凝土 中的水泥 用量越多更加明显 。 3 应用效果 ( 1 ) 施工简便， 节省工期。钢结构砂仓简体可以 在钢结构加工车间分为几段加工制作 ， 极大地方便 了安装施工 ， 内测 的钢筋混凝土锚筋直接 与砂仓筒 3 0 中国矿山工程 2 0 1 1 年( 第4 0 卷) 体进行焊接 ， 可以保证混凝土与钢结构仓体的连接 ， 在浇筑简体 内侧的混凝土时 ， 可直接利用筒体作为 外侧模板 ， 不用在外侧支模板 ， 仅在里面完成模板工 程后即可展开施工 ， 缩短了工期 ， 降低了工人在施工 中的劳动强度 ， 安全简便。 ( 2 ) 防腐效果 良好 。 ( 3 ) 取材方便 ， 耐磨损功能突出。 在施工过程中对防腐混凝土的试件进行了抗渗 试验， 水压力加 至 0 ． 8 MP a 时， 试件 均未出现渗水， 其 抗渗等级均能满足设计要求， 同时对其混凝土试件 进行抗压强度试验， 其强度 等级也达到了设计要求， 焦家金矿寺庄矿 区 1 O 0 0 m 充填砂仓 自2 0 1 0 年 8 月 投人使用以来 ， 截止到 目前累计完成充填量 5 ． 6 万m ， 取得了好的效果。 4 结语 焦家金矿寺庄矿 区钢结构砂仓 内侧混凝土防 腐耐磨损层工程， 对增强钢结构砂仓 的耐久性 、 延长 仓体结构的使 用寿命具有重要 的现实意义， 弥补 了 单纯采用钢结构或钢筋混凝土结构的不足 ， 具有较 高的经济效益和推广价值。 【 参考文献】 【 1 】 陈肇元． 混凝土结构 的耐久性设计方法『 J 1 _ 建筑技术， 2 0 0 3 ， 2 4 ( 5 ) ． [ 2 ] 牛荻涛． 混凝土结构的耐久性与寿命预测【 M】 ． 北京： 科学 出版社 ， 2 0 0 3 ． ( 上接第2 1 页) 表 5 爆破 参数 优化对 比 5 结语 文中对极坚硬岩石 的光面爆破参数进行理论计 算 ， 然后将计算结果在实践中进行优化， 优化后的参 数合理 ， 适合极坚硬铁矿石和围岩的施工。 ( 1 ) 理论计算得到 的光面爆破参数 不适应节理 不发育夹层较多 的岩石坚 固性系数在 1 4及以上 的 坚硬和极坚硬岩石 ， 需要进行现场参数优化。 ( 2 ) 以理论计算结果为依据 ， 现场试验为基础 ， 通过对理论参数进行优化 ， 不断改进爆破数据和施 工方法， 不断调整炮眼数量、 布置方式和炸药量3 个 参数 ， 要求尽量减少炮孔数量和炸药量这两个变量 ， 使得参数最为合理， 施工效果最好。 ( 3 ) 对于大断面巷道掘进 ， 采用导硐 ( 小断面掘 进 、 光爆层刷扩) 掘进的施工方法 ， 对改进光面爆破 质量有显著效果， 比全断面一次l 生 爆破方法更为有效。 ( 4 ) 采用优化参数的光面爆破巷道 ， 极大减少了 超挖和欠挖量 ， 降低了巷道 围岩损伤 ， 提高了巷道整 体稳定性 ， 减少 了支护成本 ， 节约爆破施工材料 ， 提 高 了经济效益。 ( 5 ) 本文参数是通过现场试验得到的 ， 仅 以理论 计算作为参量进行试验 ， 优化数据缺乏理论依据指 导和证明 ， 对此将会在后期 的工作 中通过对试验数 据 的大量积 累推导和修正理论公式 。以此作为对坚 固性系数在厂 ≥1 4 的极坚硬岩石中施工的指导依据。 【 参考文献】 【 1 】 蔡美峰， 何满潮， 刘东燕． 岩石力学与工程[ M】 ． 北京： 科学出 版社 ， 2 0 0 2 ． [ 2 ] 王廷武， 刘清泉， 杨永琦等． 地面与地下工程控制爆破[ MI ． 北 京： 煤炭工业出版社 ， 1 9 9 0 ． 1 2 1 3 — 2 3 5 ． [ 3 ] U ． 兰格福斯． 岩石现代爆破技术【 M ] ． 北京： 冶金工业出版 社 ， 1 9 8 3 ． 【 4 】 罗 伟， 朱传云， 祝启虎． 隧洞光面爆破中炮孑 L 堵塞长度 的数值分析f J ] ． 岩土力学， 2 0 0 8 ， 2 9 ( 9 ) ： 2 4 8 7 — 2 4 9 0 ． f 5 】 宗琦， 陆鹏举， 罗强． 光面爆破空气垫层装药轴向不 耦合系数理论研究l J l _ 岩石力学与工程学报 ， 2 0 0 5 ， 2 4 ( 6 ) ： 1 0 4 7 — 1 0 5 1 ． 【 6 】 戴俊． 深埋岩 石隧洞 的周边 控制爆破方法与参 数确定 明『 J 1 ． 爆炸与冲击， 2 0 0 4 ， 2 4 ( 6 ) ： 4 9 3 — 4 9 8 ． 【 7 】 朱红兵， 卢文波 ， 吴亮． 空气间隔装药爆破机制研究l J J ． 岩土力学 ， 2 0 0 7 ， 2 8 ( 5 ) ： 9 8 6 — 9 9 0 ． 【 8 ] 采矿手册编辑委员会． 采矿手册( 第二卷) [ M】 ． 北京： 冶金 工业 出版社 ， 1 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