謝 蒙 李玉偉 吳立彬

(中水珠江規(guī)劃勘測設(shè)計(jì)有限公司，廣東廣州 510610)

隨著我國海洋及海岸經(jīng)濟(jì)開發(fā)與基礎(chǔ)建設(shè)的大量開展，海工結(jié)構(gòu)及構(gòu)筑物的混凝土強(qiáng)度技術(shù)日趨成熟，如何大幅度提高混凝土的耐久性能則亟待解決。

在海洋環(huán)境下，混凝土結(jié)構(gòu)不僅遭受海水的動(dòng)力破壞，同時(shí)還要抵抗多種化學(xué)離子侵害，而氯離子的侵蝕作用尤為明顯。海水中的氯離子會透過混凝土腐蝕鋼筋，導(dǎo)致混凝土開裂，發(fā)生整體破壞[1]。因此，非常有必要對海工高性能混凝土進(jìn)行系統(tǒng)研究。影響混凝土性能的主要因素是摻合料和外加劑，在混凝土中加入適當(dāng)?shù)幕钚該胶狭希梢源蟠筇岣咂涿軐?shí)性，是提高其耐久性的有效方法[2]。本試驗(yàn)依托汕頭市某水閘項(xiàng)目，采用不同外加劑對海工混凝土的性能影響展開了外加劑的優(yōu)選研究。

1 試驗(yàn)?zāi)康?、?nèi)容及方法

1.1 試驗(yàn)?zāi)康募皟?nèi)容

當(dāng)?shù)厥膹?qiáng)度指標(biāo)偏低，石料中風(fēng)化石含量較多，其壓碎指標(biāo)只能達(dá)到 10%左右，給項(xiàng)目的高性能配合比設(shè)計(jì)工作帶來難題。根據(jù)工程設(shè)計(jì)要求和當(dāng)?shù)卦牧瞎?yīng)情況，本著經(jīng)濟(jì)、實(shí)用和安全的原則，合理采用雙摻粉煤灰和礦粉礦物摻合料，以抗壓強(qiáng)度、抗?jié)B等級、電通量及氯離子擴(kuò)散系數(shù)作為混凝土耐久性主控指標(biāo)，對相關(guān)外加劑進(jìn)行優(yōu)選，同時(shí)考慮外涂劑，綜合性研究外加劑與當(dāng)?shù)夭牧线m配性能比較。擬選擇的外加劑種類有：深圳某公司的CPA海港混凝土抗蝕增強(qiáng)劑（簡稱CPA）、上海某公司的WG-高效抗腐蝕劑（簡稱WG）及進(jìn)口的DPS永凝液（簡稱DPS）。其中CPA與WG均為粉狀復(fù)合型增強(qiáng)劑，內(nèi)含部分硅灰等成分。

1.2 試驗(yàn)原材料

試驗(yàn)采用汕頭韓江砂，砂的關(guān)鍵性能參數(shù)如下：含泥量0.3%，泥塊含量0.1%，細(xì)度模數(shù)2.6。

碎石采用二級配：5～20mm的關(guān)鍵性能參數(shù)如下：含泥量0.4%，針片狀4%，壓碎指標(biāo)14；16～31.5mm的關(guān)鍵性能參數(shù)：含泥量0.4%，針片狀4%，壓碎指標(biāo)14%。

水泥采用廣東塔牌 P.O.42.5R普通硅酸鹽水泥，水泥的關(guān)鍵性能參數(shù)如下：比表面積352 m2/kg，安定性合格，標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量 25.8%，3d抗折/抗壓強(qiáng)度4.4/6.9 MPa，28d抗折/抗壓強(qiáng)度23.4/43.7 MPa。

粉煤灰采用漳州益材Ⅱ級粉煤灰，粉煤灰的關(guān)鍵性能參數(shù)如下：細(xì)度 15.3%，需水量比 98%，燒失量0.4%，三氧化鈣0.1%，密度2.4 kg/m3。

礦粉采用揭東縣永泰粒化高爐礦渣粉，礦粉的關(guān)鍵性能參數(shù)如下：密度 2.88 kg/m3，比表面積414m2/kg，燒失量0.76%，流動(dòng)度比97%，活性指數(shù)7d為78%、28d為112%，三氧化硫0.18%，氯離子0.007%。

1.3 試驗(yàn)方法

在一定水膠比的基礎(chǔ)上，內(nèi)摻不同的外加劑，制成相應(yīng)的試塊并按照標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)，測試其相應(yīng)的抗壓強(qiáng)度、抗?jié)B等級、電通量及氯離子擴(kuò)散系數(shù)。

抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)采用150mm×150mm×150mm的試件，并按《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T50081-2002)進(jìn)行試驗(yàn)?；炷恋目?jié)B等級、電通量和氯離子擴(kuò)散系數(shù)均按照《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T50082-2009)要求進(jìn)行試驗(yàn)。其中，抗?jié)B試驗(yàn)采用 Ф175mm×185mm×150mm的圓臺體試件及HP-40型混凝土抗?jié)B儀，逐級加壓法試驗(yàn)；氯離子擴(kuò)散系數(shù)采用Ф100mm×50mm的圓柱體試件及NJ-RCM混凝土氯離子擴(kuò)散系數(shù)測定儀，按照 RCM法進(jìn)行試驗(yàn)；電通量采用Ф100mm×50mm的圓柱體試件及SW-6D型混凝土氯離子電通量測定儀進(jìn)行試驗(yàn)。

1.4 外加劑及外涂劑組合情況

考慮三個(gè)影響因素：WG、CPA、DPS，采用無內(nèi)摻外涂樣、單摻樣及組合樣進(jìn)行對比分析。考慮到百年使用期限，設(shè)計(jì)要求較高，其中，抗壓強(qiáng)度需達(dá)到C45等級，抗?jié)B等級P9，氯離子電通量6h通過電量≤800C，氯離子擴(kuò)散系數(shù)≤4e-12m2/s。

表1 外加劑組合表

1.5 配合比設(shè)計(jì)

混凝土的工作性能要求為：坍落度160～200mm，經(jīng)過一系列試拌與調(diào)整，具體的配合比見表2。

2 混凝土試驗(yàn)結(jié)果分析

2.1 混凝土拌合物工作性能分析

無內(nèi)摻外涂樣和內(nèi)摻樣的混凝土拌合物的質(zhì)量密度平均值由大到小依次為：摻 WG樣組平均值2461kg/m3，素混凝土樣6組平均值2454kg/m3，摻CPA樣6組平均值2399kg/m3。

坍落度值分布區(qū)間為 170～200mm之間，滿足設(shè)計(jì)要求，而延展度的分布情況見圖1。18個(gè)試驗(yàn)組的擴(kuò)展度分布區(qū)間為 390mm～520mm之間，分布較為均勻，無重大差異性，綜合來看，混凝土的配合比試拌效果良好。

圖1 混凝土拌合物擴(kuò)展度分布散點(diǎn)圖

式中：y為強(qiáng)度值，t為成型天數(shù)，a、b為擬合參數(shù)。

2.2 混凝土強(qiáng)度分析

試驗(yàn)獲得了不同外加劑組合下混凝土的14天、28天和56天抗壓強(qiáng)度數(shù)據(jù)，見表3。通過對單個(gè)試驗(yàn)組合的強(qiáng)度曲線擬合，基本符合對數(shù)增長模式：

表2 配合比設(shè)計(jì)及工作性能

表3 無內(nèi)摻外涂樣及不同外加劑試樣抗壓強(qiáng)度

在膠凝材料（包含外加劑）均為410kg/m3的情況下，CPA及WG兩種外加劑的混凝土抗壓強(qiáng)度相對無內(nèi)摻外涂樣試件均有不同程度的提高。CPA的28d強(qiáng)度提高其強(qiáng)度29%，56d提高35%；WG的28d強(qiáng)度提高其強(qiáng)度13%，56d提高25%。

在水膠比及膠凝材料、砂石用量都相同的情況下，內(nèi)摻WG及噴涂DPS兩種途徑的混凝土抗壓強(qiáng)度相對無內(nèi)摻外涂樣試件均有不同程度的提高。噴涂DPS對試樣的強(qiáng)度影響不明顯，WG的28d強(qiáng)度提高其強(qiáng)度13%～17%。

2.3 混凝土抗?jié)B性能分析

混凝土的抗?jié)B性表征了其抵抗有壓力水滲透作用的能力，在工程結(jié)構(gòu)實(shí)體中，抗?jié)B性能差的混凝土，會導(dǎo)致一部分水滲入混凝土內(nèi)部，當(dāng)遇到冰凍情況或者水中含有侵蝕物質(zhì)時(shí)，混凝土易發(fā)生凍害或者侵蝕破壞。其發(fā)生的原因有兩方面，一方面是施工振搗不密實(shí)或者有裂縫；另一方面是水泥漿中多余的水分蒸發(fā)而留下的毛細(xì)孔、水泥漿泌水而形成的孔道及骨料下部界面聚積的水隙，其通道的多少主要關(guān)乎于膠凝材料性能與水灰比的大小。

試驗(yàn)結(jié)果（表4）表明：單涂DPS試件的抗?jié)B等級(P)與無內(nèi)摻外涂樣試件相比有不同程度的提高，提高率為16.7%～40%。單摻CPA、單摻WG、摻CPA涂DPS、摻WG涂DPS試件的抗?jié)B等級(P)與空白樣試件相比顯著提高，提高率為 66.7%～200%，其抗?jié)B等級(P)為 10～12，均能滿足設(shè)計(jì)抗?jié)B等級P9要求。

可見，摻合料摻入混凝土中具有改善了內(nèi)部組分，優(yōu)化了內(nèi)部孔隙結(jié)構(gòu)，從而使高性能混凝土的抗?jié)B性能得到大幅度的提高。另外，外涂DPS對試樣的抗?jié)B性能有一定的提高，但效果相對不明顯。

表4 無內(nèi)摻外涂樣及不同外加劑試樣的耐久性能

2.4 混凝土抗氯離子滲透性能分析

混凝土氯離子擴(kuò)散系數(shù)試驗(yàn)結(jié)果（表4）表明：無內(nèi)摻外涂樣試件的 RCM值(e-12m2/s) 為 6.35～8.55；單涂DPS試件的RCM值(e-12m2/s) 為5.40～8.01；單摻CPA及單摻WG試件的RCM值(e-12m2/s)為 4.79～6.55。摻 CPA涂 DPS試件的 RCM值(e-12m2/s)為2.34～2.57，滿足設(shè)計(jì)氯離子擴(kuò)散系數(shù)≤4e-12m2/s的要求；摻WG涂DPS值(e-12m2/s)為 3.85～5.95?？梢姡簡瓮緿PS、單摻CPA及單摻WG的RCM值(e-12m2/s)均明顯減低，其中：單摻CPA及單摻WG的效果優(yōu)于單涂DPS；摻CPA涂DPS和摻WG涂DPS的耐久性能明顯優(yōu)于單涂DPS、單摻CPA及單摻WG；摻CPA涂DPS的耐久性能效果最好。

圖2 典型電通量曲線

混凝土電通量試驗(yàn)的典型電通量曲線如圖2所示，試驗(yàn)結(jié)果（表4）表明：單摻CPA及單摻WG、摻WG涂DPS、摻WG涂DPS的混凝土電通量要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于素混凝土樣，基本能夠滿足設(shè)計(jì)氯離子電通量6h通過電量≤800C的要求；而無內(nèi)摻外涂樣及單涂DPS的效果較差，不足以滿足設(shè)計(jì)要求。

3 結(jié) 語

（1）不同外加劑組合下高性能海工混凝土的14d、28d和56d抗壓強(qiáng)度的增長規(guī)律仍基本符合對數(shù)增長模式。

（2）摻合料摻入混凝土中具有改善了內(nèi)部組分，優(yōu)化了內(nèi)部孔隙結(jié)構(gòu)，從而使高性能混凝土的抗?jié)B性能得到大幅度的提高。而外涂DPS對試樣的抗?jié)B性能有一定的改善，但效果相對不明顯。

（3）混凝土氯離子擴(kuò)散系數(shù)為混凝土耐久性能的控制性指標(biāo)。對于高性能海工混凝土來說，氯離子擴(kuò)散系數(shù)指標(biāo)與混凝土電通量指標(biāo)相比，要敏感得多。

（4）高性能海工混凝土的耐久性能，往往不能通過單摻某種外加劑就可達(dá)到其耐久性能，應(yīng)因結(jié)合工程所在地的原材料特性，適當(dāng)采用外涂和內(nèi)摻組合方式，達(dá)到保證其耐久性能的目的。

[1]趙國藩.高性能混凝土發(fā)展簡介[J].施工技術(shù),2002(4)∶1～2,16

[2]朱曉文,呂恒林.雙摻高性能混凝土抗氯離子滲透性試驗(yàn)研究[J].粉煤灰綜合利用,2009(5)∶116～119

[3]王成啟.Ⅱ級粉煤灰對海工高性能混凝土抗氯離子滲透性能的影響[J].水運(yùn)工程,2006(6)∶5～8

[4]劉建忠,劉家平.礦物摻合料對混凝土抗壓強(qiáng)度和氯離子滲透性能的影響[J].混凝土與水泥制品,2005(4)∶11～13