海港工程構件高耐久性混凝土的配制研究

王建鋒

（南通航宇結構件有限公司，江蘇 南通 226000）

恒逸文萊PMB石化項目位于文萊達魯薩蘭國大摩拉島，是首個全面執(zhí)行中國標準的海外大型石化項目。項目所在的大摩拉島四面環(huán)海，常年高溫濕熱，石化項目配套碼頭對混凝土耐久性要求特別高，項目設計要求使用高性能高耐久性混凝土。

高性能混凝土是采用常規(guī)材料和常規(guī)工藝，在常溫下，以低水膠比、大摻量活性摻合料制作的抗氯離子滲透性高、尺寸穩(wěn)定性好、工作性優(yōu)良并具有較高強度的混凝土［1］。海港工程混凝土結構腐蝕損壞的主要原因是氯鹽腐蝕，高性能混凝土是通過在混凝土中摻加大摻量優(yōu)質摻合料和低水膠比等措施，使混凝土具有高抗?jié)B透性，以顯著提高混凝土本身的護筋性能，同時提高高性能混凝土的密實性和良好的孔結構?？孤塞}性能的主要評價指標是電通量和氯離子遷移系數(shù)。本工程要求56d電通量≤800C，56d氯離子遷移系數(shù)≤3.0×10-12m2/s，屬于最嚴格的耐久性技術要求。

1 原材料及試驗方法

1.1 原材料

水泥：句容臺泥P.II52.5R低堿水泥，其指標見表1；

粉煤灰：江陰利港電廠I級粉煤灰，其指標見表2；

礦渣粉：張家港沙鋼S95礦渣粉，其指標見表3；微硅粉：上海天愷920微硅粉，SiO2含量92.09%，比表面積20050㎡/kg，750℃燒失量1.6%；

碎石：浙江舟山產5-25mm碎石，含泥量＜1.0%，針片狀含量5%，無堿活性；

砂：洞庭湖天然砂，II區(qū)中砂，細度模數(shù)2.7，含泥量2.0%，泥塊含量0.5%，氯離子含量0.001%，無堿活性。

外加劑：南通華聯(lián)建筑新材料有限公司HL-8型高性能減水劑（早強型），混凝土減水率30%，含氣量3.5%。

表1 水泥主要指標

表2 粉煤灰主要指標

表3 礦渣粉主要指標

1.2 試驗方法

混凝土的工作性能測試方法按GB/T50080《普通混凝土拌合物性能試驗方法標準》，測定其坍落度?；炷翑嚢?、成型、養(yǎng)護以及力學試驗按GB/T50081《普通混凝土力學性能試驗方法標準》進行?；炷恋哪途眯灾笜丝孤入x子滲透試驗（電通量法和氯離子遷移系數(shù)法）按GB/T50082《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法標準》進行。

2 預制構件用高性能高耐久性混凝土的制備

2.1 預制構件用混凝土的配制現(xiàn)狀

預制構件用混凝土一般要求要有良好的和易性，早期強度要求高，要有利于預制臺座及模板的周轉。因此普通預制構件混凝土的摻合料使用量相對較少，水泥用量偏高，一般根據(jù)生產進度要求，3d抗壓強度達到設計強度的75%，7d抗壓強度達到設計強度的100%，28d抗壓強度達到配合比計算強度。根據(jù)這一實際要求，常用的配合比見表4，從早期強度的保證上考慮未摻入礦粉，僅單摻粉煤灰，檢測數(shù)據(jù)見表5。

表4常用配合比（kg/m3）

表5常用配合比檢測數(shù)據(jù)

2.2 海港構件高耐久性混凝土配制的優(yōu)化

從表5可以看出單摻15%粉煤灰的普通構件用混凝土，由于使用了高性能減水劑，水膠比為0.33，對于C50混凝土來說，屬于較低水平，耐久性指標也完全滿足JTS202-2011《水運工程混凝土施工規(guī)范》規(guī)定的海港工程用普通混凝土電通量≤2000C的要求。但是海港工程高性能混凝土的要求更高，特別是預應力混凝土，具體限值見表6，目前的配合比的耐久性數(shù)據(jù)不能滿足高性能混凝土規(guī)范及設計要求。

表6 高性能混凝土氯離子滲透性最高限值

對于單摻粉煤灰而言，僅15%的摻量遠沒有達到規(guī)范要求的25%～40%的推薦范圍，因此試驗決定從粉煤灰與微硅粉雙摻，礦粉與粉煤灰雙摻兩個方向進行優(yōu)化，比較兩種方案的是否符合生產實際的使用要求。試驗配合比以調整各材料摻量，保持砂率不變，以和易性良好，坍落度滿足150±30mm來比較，具體配合比見表7，檢測數(shù)據(jù)見表8。

表7 C50優(yōu)化配合比（kg/m3）

表8 優(yōu)化配合比檢測數(shù)據(jù)

2.3 兩種方案混凝土的對比

結合表7、表8，粉煤灰+微硅粉方案從施工性能看，在保持原有15%粉煤灰摻量不變的情況下，微硅粉的摻量在2%、3%直接代替水泥時用水量及外加劑用量保持不變，能滿足150±30mm的坍落度及和易性要求。當摻量提高到3%、4%，要保持水膠比不變，以及150±30mm的坍落度需要增加外加劑的使用量。

從強度增長看，A、B配合比早期強度變化不大，C、D的3d強度以及A、B、C、D的7d、28d強度均隨微硅粉的摻量提高而有明顯的提高。相關研究也表明，微硅粉具有的填充效應、火山灰效應、孔隙溶液化學效應是提高混凝土強度的重要原因。耐久性能方面，微硅粉對混凝土電通量和氯離子遷移系數(shù)影響非常積極，A、B、C、D隨著摻量的增加兩個指標都大幅的下降。微硅粉顆粒相較于水泥和粉煤灰顆粒要細的多，能發(fā)揮很好的填充效應，阻斷氯離子的滲入，同時水化作用產生的硅酸鈣凝膠會封堵住混凝土中的毛細小管道，起到阻斷氯離子流入的作用。因此，微硅粉在混凝土中應用能夠起到保護鋼筋和抗化學腐蝕的作用，從而提高混凝土的耐久性和使用壽命［2］。礦渣粉+粉煤灰方案是傳統(tǒng)的改善混凝土耐久性的優(yōu)化方案，從施工性能看，礦渣粉有良好的減水效果，隨著礦渣粉摻量的提高，外加劑用量和用水量逐步在降低。但是早期3d和7d強度在隨著摻量的提高在降低，這是由于礦渣粉和粉煤灰的早期活性低于水泥。F、G配合比，摻合料摻量達到30%及以上時，3d、7d強度無法滿足預制行業(yè)的高周轉要求。

3 高性能高耐久性混凝土的應用

從經濟性、適用性考慮選擇了B配合比在文萊PMB項目上進行實體應用。預制過程比較順利，微硅粉的摻入改善了混凝土的和易性、保水性，外觀質量較好。3d強度普遍達到設計強度的85-90%，預制臺座保持4-5天的周轉效率。預制生產期間，經實體取芯三次檢測56d電通量分別為655C、701C、685C，56d氯離子遷移系數(shù) （×10-12m2/s）分別為2.2、2.4、2.4，其他各項指標均滿足項目要求。

4 結語

1）微硅粉屬于超細摻合料，在混凝土中有良好的填充效果，是改善混凝土耐久性的首選摻合料。2）在海港工程構件混凝土生產中摻入3%-5%微硅粉既能提高早期強度，又能顯著降低混凝土電通量和氯離子遷移系數(shù)。