一種多層功能性抗腐蝕混凝土結構及其連接方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及海洋構筑體混凝土領域,特別涉及一種多層功能性抗腐蝕混凝土結構。
【背景技術】
[0002]隨著全球能源緊缺、環境污染等問題日趨嚴重,近年來,風能作為無污染可再生能源,日趨受到人們的重視,其發展最為迅速。但由于陸上可用空間有限,而海上具有更好的風能條件,近海風能開發日益受到重視,海上風電具有風速高、風資源持續穩定、發電量大等特點。
[0003]在現實中由于風電場所處的海洋環境非常惡劣,其海洋構筑體腐蝕現象非常嚴重,為后續風電場運行維護帶來諸多麻煩。從腐蝕的角度,海洋環境分為海洋大氣區、浪花飛濺區、海洋潮差區、海水全浸區、海底泥土區五個不同的腐蝕區帶。國內外研宄發現,對于各種海洋構筑體而言,無論是海洋鋼結構還是鋼筋混凝土工程設施,在浪花飛濺區部位的腐蝕破壞最為嚴重,為海水全浸區腐蝕速度的3?10倍。幾年后表面會有大量海生物附著,而且構筑物浪花飛濺區會出現大片腐蝕層、腐蝕穿孔、局部點蝕等現象。一旦海洋構筑體的浪花飛濺區發生嚴重的腐蝕破壞,整個設施的承載能力將會大大降低,使用壽命縮短,影響結構安全性,甚至導致設施提前報廢。
[0004]針對混凝土結構的耐久性問題,目前工程中一般采取“以防為主”的措施,其采用的技術主要有:混凝土表面涂層保護、化學外加劑、礦物摻合料等,但以上技術主要是用作表面包覆,其操作施工繁瑣,并且一旦表面的保護涂層遭到破壞,原來混凝土結構的抗腐蝕性大大降低,混凝土結構乃至混凝土鋼結構的腐蝕加劇,嚴重影響混凝土結構的使用性能,因此有必要提出一種自身具有抗腐蝕性的混凝土結構來解決上述存在的問題,以適應惡劣的海洋環境。
【發明內容】
[0005]為了克服上述現有技術存在的缺陷,本發明提供一種能夠長期、可靠的應用于海洋環境的多層功能性抗腐蝕混凝土結構。該混凝土的芯部能夠滿足海洋構筑體使用強度剛度的情況下表層達到抗腐蝕和抗疲勞的多功能需求。
[0006]本發明提供的一種多層功能性抗腐蝕混凝土,包括芯部混凝土結構、芯部鋼結構、帶鋼套筒的連接器、鋼筋焊接網和表層混凝土結構;所述芯部鋼結構處于所述芯部混凝土結構的內部,所述鋼筋焊接網處于所述表層混凝土結構內部,所述芯部鋼結構通過所述帶鋼套筒的連接器與所述鋼筋焊接網連接。
[0007]上述方案中,所述芯部鋼結構為多個,均布在所述芯部混凝土結構內部;所述帶鋼套筒的連接器的個數為多個。
[0008]上述方案中,所述帶鋼套筒的連接器包括連接器、鋼套筒,所述鋼套筒一端焊接在所述連接器上,另一端連接有螺紋鋼,所述連接器通過螺栓與芯部鋼結構連接,所述螺紋鋼通過焊接與鋼筋焊接網相連。
[0009]上述方案中,芯部混凝土配比(按每m3混凝土的材料用量/kg):水泥240?275,粗集料1020?1100,細集料690?710,粉煤灰70?110,礦渣110?180,外加劑3.8?4.5,水140?160 ;表層混凝土配比(按每m3混凝土的材料用量/kg):水泥270?310,粗集料980?1050,抗腐蝕細集料700?750,粉煤灰65?90,礦渣100?150,外加劑4?4.5,水 140 ?160。
[0010]上述方案中,所述的水泥為強度不低于42.5級、耐海侵蝕系數不小于0.90的MEC海工水泥;所述的粗集料為粒徑范圍為4.75?20mm的碎石或卵石,表面密度2650kg/m3,且控制其軟弱顆粒含量不大于24.5% ;所述的芯部混凝土用細集料為粒徑范圍為0.15?4.75mm的工程砂,細度模數大于2.5,表面密度2575kg/m3;所述的粉煤灰為為II級粉煤灰,粉煤灰的比表面積為400?600m2/kg,細度14%?18%,燒失量6%,需水量98% ;所述的礦渣的比表面積為350?610m2/kg ;所述的外加劑為引氣劑、早強劑、阻銹劑和減水劑,所述的水為淡水,控制水灰比為0.35?0.5。
[0011]上述方案中,所述表層混凝土用抗腐蝕細集料為一種抗腐蝕復合組份,其主要成分為:45 % ?52 % 的 Si02、14 % ?15 % 的 A1203、12 % ?13 % 的 Fe203、8 % ?10 % 的 CaO、6%?9% 的Mg0、3%?4% 的Na20、l.VA?2.9% 的 Ti02、0.9%?2.5%的1(20、0.3%?1%的 Ρ205、0.1% 的 ΜηΟ,其中 S12粒徑為 150 ?200 μ m,T1 2粒徑為 100 ?130 μ m。
[0012]本發明提供一種多層功能性抗腐蝕混凝土結構連接方法,其特征在于,其芯部混凝土結構與表層混凝土結構的結合步驟如下:
[0013]步驟一,根據實際施工情況選擇滿足使用要求的鋼結構并按照要求捆扎鋼筋骨架結構;
[0014]步驟二,將帶鋼套筒的連接器通過螺栓與芯部鋼結構的主筋相連接;
[0015]步驟三,按照芯部混凝土結構的配比制備并澆注芯部混凝土結構,鋼套筒垂直均布于芯部混凝土結構的表面,且伸出芯部混凝土結構表面長度a = 20mm?30mm,充分搗振芯部混凝土,盡可能多的排出夾雜在芯部混凝土結構中空氣,增強芯部混凝土結構的密實性;
[0016]步驟四,待芯部混凝土結構成型后,用超高壓液壓設備(擠壓鉗)沿鋼套筒徑向擠壓鋼套筒,并將螺紋鋼連接在鋼套筒上;
[0017]步驟五,將螺紋鋼的另一端與鋼筋焊接網焊接;
[0018]步驟六,制備并澆注表層混凝土結構,充分搗振。
[0019]本發明的有益效果:
[0020]1、本發明的混凝土適用于惡劣的海洋環境,能夠抵御浪花飛濺區的腐蝕破壞,也可以滿足海洋大氣區、海洋潮差區、海水全浸區、海底泥土區的腐蝕區帶的抗腐蝕破壞要求,且具有很好的耐久性;
[0021]2、本發明的混凝土芯部不僅滿足使用要求,而且芯部混凝土密實性強,外加劑的加入更能有效地減少芯部混凝土鋼結構的腐蝕;
[0022]3、本發明的混凝土表層是與外部環境直接接觸,起到主要的抗腐蝕作用,表層混凝土中細集料組分能夠長期有效的保持抗腐蝕的效果,使得混凝土的耐久性更長;
[0023]4、本發明的混凝土其芯部與表層的雙層作用,不需要再使用其他方法進行防腐蝕保護,施工過程簡單、操作容易;
[0024]5、本發明提供的混凝土材料成本低廉,不僅可以節約用鋼量和其他各類特種用鋼的用量,還能夠縮短海上安裝工期,加快工期進度,適合大規模的工程應用。
【附圖說明】
[0025]圖1為芯部混凝土結構示意圖。
[0026]圖2連接有鋼筋焊接網的芯部混凝土結構示意圖。
[0027]圖3混凝土總體結構示意圖。
[0028]圖4混凝土總體結構立體圖。
[0029]圖5帶鋼套筒的連接器機械連接結構示意圖。
[0030]圖中:1-芯部混凝土結構,2-芯部鋼結構,3-帶鋼套筒的連接器,3.1-連接器,3.2-鋼套筒,4-鋼筋焊接網,5-表層混凝土結構,6-螺紋鋼,7-螺栓。
【具體實施方式】
[0031]下面結合附圖及具體實施例對本發明的一種多層功能性抗腐蝕混凝土結構作進一步的闡述。
[0032]如圖3、圖4所示,一種多層功能性抗腐蝕混凝土結構,包括芯部混凝土結構1、芯部鋼結構2、帶鋼套筒的連接器3、鋼筋焊接網4和表層混凝土結構5 ;
[0033]所述芯部鋼結構2處于所述芯部混凝土結構I的內部,所述鋼筋焊接網4處于所述表層混凝土結構5內部,所述芯部鋼結構2通過所述帶鋼套筒的連接器3與所述鋼筋焊接網4連接。所述芯部鋼結構2為多個,均布在所述芯部混凝土結構I內部;所述帶鋼套筒的連接器3的個數為多個。所述帶鋼套筒的連接器3包括連接器3.1、鋼套筒3.2,所述鋼套筒3.2 一端焊接在所述連接器3.1上,另一端連接有螺紋鋼6,所述連接器3.1通過螺栓7與芯部鋼結構2連接,所述螺紋鋼6通過焊接與鋼筋焊接網4相連。
[0034]通過控制芯部混凝土結構I的配比,來獲得滿足使用要求的細密性混凝土結構;通過表層混凝土結構5的配比控制,尤其是抗腐蝕細集料的組分的控制,來獲得耐久性良好的抗腐蝕混凝土結構,芯部混凝土與表層混凝土之間用機械連接的方式加強它們之間的彡口口 ο
[0035]所述的芯部混凝土配比(按每m3混凝土的材料用量/kg):水泥240?275,粗集料1020?1100,細集料690?710,粉煤灰70?110,礦渣110?180,外加劑3.8?4.5,水140?160 ;表層混凝土配比(按每m3混凝土的材料用量/kg):水泥270?310,粗集料980?1050,抗腐蝕細集料700?750,粉煤灰65?90,礦渣100?150,外加劑4?4.5,水 140 ?160。
[0036]所述的水泥為強度不低于42.5級、