海洋環(huán)境下橋梁高性能混凝土耐久性控制研究

謝榮飛

（浦城縣交通運輸局，福建南平 353400）

0 引言

近年來，隨著我國交通建設(shè)的發(fā)展，跨海大橋工程數(shù)量也不斷增加，在滿足社會發(fā)展的同時，對橋梁設(shè)計、施工、養(yǎng)護的安全性也提出更高的要求。 耐久性是橋梁工程質(zhì)量的關(guān)鍵因素，受施工環(huán)境、設(shè)計組成、材料質(zhì)量、施工技術(shù)等多方面影響。 我國跨?；炷翗蛄涸谶\營20～30 y 后， 仍有20%～30%出現(xiàn)耐久性問題，造成質(zhì)量安全事故發(fā)生。

結(jié)合臨海作業(yè)的環(huán)境特征、 原材料特性以及耐久性設(shè)計要求，研究膠凝材料組成、水膠比、膠凝材料用量、漿集比、齡期等因素對混凝土力學性能、抗氯離子滲透性、體積穩(wěn)定性能的影響，優(yōu)化高性能混凝土配合比， 從而提出跨海大橋耐久性控制措施。

1 試驗

1.1 試驗原材料

（1）水泥：選擇用燒失量較低、標準稠度用水量和水化放熱量較少、 開裂敏感性較低的P·O 42.5 普通硅酸鹽水泥，比表面積380 m2/kg，標準稠度用水量26.4%。

（2）粉煤灰：Ⅱ級原狀灰，細度（45 μm 方孔篩余）8%，需水量比94%。

（3）礦粉：S95 級，比表面積380 m3/kg，流動度比104%。

（3）砂：Ⅱ區(qū)中砂，表觀密度2 630 kg/m3，堆積密度1 450 kg/m3，細度模數(shù)2.7。

（4）碎石：5～25 mm 粒徑，壓碎值5.5%。

（5）高效減水劑：聚羧酸減水劑，減水率27.1%。

1.2 試驗方法

按照GB/T 50080—2009《普通混凝土拌合物性能試驗方法標準》[1]、GB 50081—2019 《混凝土物理力學性能試驗方法標準》、（GB/T 50082—2009）《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法標準》開展混凝土性能測試。

1.3 試驗方案設(shè)計

本試驗根據(jù)《混凝土配合比設(shè)計手冊》要求，選擇有利于提高混凝土抗裂性能、耐久性能，降低混凝土溫升的原材料，達到配制優(yōu)質(zhì)高性能海工混凝土的目的。 具體試驗方案見表1。

表1 混凝土試驗配合比設(shè)計

2 試驗結(jié)果分析

2.1 對水泥混凝土力學性能的影響

各組混凝土配合比力學性能試驗得到的結(jié)果如圖1、2 所示。

圖1 試驗混凝土抗壓強度

圖2 試驗混凝土抗拉強度

混凝土抗壓、 抗拉強度均隨著水膠比降低、時間增長而增長。 單摻30%粉煤灰、單摻65%礦粉、混摻25%粉煤灰+35%礦粉的混凝土的礦物摻合料混凝土早期抗壓強度比純水泥基準混凝土略低。隨著齡期的增長，礦物摻合料混凝土抗壓、抗拉強度增長幅度明顯高于純水泥基準混凝土。 在0.29～0.39 水膠比范圍內(nèi)的單摻粉煤灰、礦粉和混摻摻合料的混凝土， 抗壓強度7 d 在35～64 MPa，28 d 在53～81MPa，56 d 在54 MPa～93 MPa， 抗拉強度7 d在3～5 MPa，28d 在4～6 MPa，56 d 在3～7 MPa，滿足C40 強度等級混凝土的要求。

2.2 對水泥混凝土抗氯離子滲透性的影響

各組混凝土配合比試驗得到的不同齡期氯離子擴散系數(shù)結(jié)果如圖3 所示。

圖3 試驗混凝土氯離子擴散系數(shù)

混凝土的氯離子擴散系數(shù)受水膠比、 齡期與礦物摻合料影響。 隨著水膠比降低、時間增長、礦物摻合料增多， 氯離子擴散系數(shù)普遍出現(xiàn)下降。 單摻65%礦粉和混摻25%粉煤灰+35%礦粉的混凝土56 d 氯離子擴散系數(shù)均≤4.53×10-12m2/s，84 d 氯離子擴散系數(shù)均≤2.49×10-12m2/s，這兩組混凝土在降低混凝土氯離子擴散系數(shù)方面比單摻30%粉煤灰的混凝土效果顯著。

2.3 對水泥混凝土體積穩(wěn)定性能的影響

（1）基準混凝土早期收縮性能如圖4 所示。

圖4 基準混凝土的早期收縮性能

基準混凝土隨著齡期增加，混凝土收縮應(yīng)變也逐漸增大，在56 d 齡期內(nèi)收縮率增長幅度較大，而在56～90 d 齡期內(nèi)增長放緩。對比不同水膠比的基準混凝土，在3 d 齡期內(nèi)的收縮率相差不大。 隨著水膠比降低、膠凝材料用量增加，混凝土在7～56 d齡期內(nèi)收縮應(yīng)變明顯增大。 因此在0.29～0.39 水膠比范圍內(nèi)，隨著混凝土水膠比的降低，膠凝材料用量增加，混凝土體積穩(wěn)定性略有降低。

（2）單摻30%粉煤灰混凝土的早期收縮性能如圖5 所示。

圖5 單摻30%粉煤灰混凝土的早期收縮性能

與基準混凝土相比，單摻粉煤灰混凝土各齡期的收縮率更低，收縮率增長的速率也更慢。 不同水膠比的粉煤灰混凝土， 在0.29～0.39 水膠比內(nèi)，隨著水膠比的降低、膠凝材料用量的增加，各齡期混凝土的收縮率有所提高， 特別是水膠比為0.29 的粉煤灰混凝土的收縮率明顯高于其它組混凝土，而水膠比為0.35 與0.39 混凝土各齡期的收縮率及變化規(guī)律基本一致。 說明摻入粉煤灰可以提高混凝土自身穩(wěn)定性能， 水膠比在一定的范圍內(nèi)混凝土的收縮率及其變化規(guī)律基本相同， 但隨著水膠比的進一步降低、膠凝材料用量的增長，混凝土的穩(wěn)定性明顯下降。

（3）單摻65%礦粉混凝土的早期收縮性能如圖6 所示。

圖6 單摻65%礦粉混凝土的早期收縮性能

與基準混凝土相比，單摻65%礦粉的混凝土，各齡期的收縮率相對較小。與單摻粉煤灰混凝土相比，除了水膠比為0.35 混凝土在28 d 齡期以前的收縮率與其它組單摻礦粉的混凝土不同外， 單摻65%礦粉混凝土各齡期的收縮率稍高一些。說明摻入大量礦粉可以提高混凝土的穩(wěn)定性，但提高效果比單摻30%粉煤灰略差。 在單摻礦粉的混凝土中，隨著水膠比的降低，混凝土各齡期收縮率出現(xiàn)不同程度的增長。單摻礦粉混凝土收縮率的這種增長在0.29～0.35 水膠比內(nèi)不是非常明顯，在0.35～0.39 水膠比內(nèi)變化較顯著。

（4）混摻25%粉煤灰+35%礦粉的混凝土早期收縮性能如圖7 所示。

圖7 混摻礦物摻合料混凝土的早期收縮性能

在混凝土中混合摻入粉煤灰與礦粉， 可顯著降低混凝土各齡期的收縮率， 其降低效果略差于單摻粉煤灰的混凝土，但優(yōu)于單摻礦粉的混凝土。對比不同水膠比的混摻礦物摻合料混凝土可發(fā)現(xiàn)， 除了水膠比為0.29 的混凝土在7 d 前與90 d后的收縮率相對較高外， 其余幾組混凝土各齡期的收縮率均較為相近。

3 結(jié)論

（1） 混摻礦物摻合料的膠凝材料體系可以在保證混凝土具有高抗氯離子滲透性及較高力學性能的同時， 有效降低混凝土的水化放熱量及開裂敏感性，也能較好的平衡混凝土工作性能、力學性能、耐久性能以及抗裂性能等性能之間的關(guān)系，將以混摻礦物摻合料體系配制滿足本工程混凝土性能要求的高性能混凝土。

（2）配制高性能混凝土，應(yīng)該使用有利于提高混凝土強度、抗氯離子滲透性，有利于降低混凝土溫升及開裂敏感性的材料。