福州地鐵4 號線C35P8 耐久性混凝土優(yōu)化分析

黃劍豐

（福建省永正工程質(zhì)量檢測有限公司， 福建福州 350012）

0 引言

近年來，福州地鐵各條線路均在陸續(xù)建設中，因其工程結(jié)構(gòu)混凝土長期處于地下水腐蝕性環(huán)境中，故對混凝土耐久性提出了更高的要求。

地鐵工程的混凝土耐久性影響因素有很多，主要有以下幾點：（1）地鐵工程所處的環(huán)境CO2濃度高，混凝土的碳化影響較大，主要危害是會導致混凝土的堿性降低，使鋼筋表面在高堿條件下形成的對鋼筋起保護作用的致密氧化膜遭到了破壞，在一定條件下能使鋼筋產(chǎn)生銹蝕，從而影響混凝土使用壽命[1]；（2）氯離子侵蝕，氯離子滲透到鋼筋表面后會吸附于鈍化膜上，達到臨界濃度后，會對鈍化膜產(chǎn)生破壞，從而引起鋼筋銹蝕，會使鋼筋與混凝土的粘結(jié)力下降，嚴重時會產(chǎn)生膨脹使保護層開裂，最終破壞整體結(jié)構(gòu)[2]；（3）混凝土早期抗裂，混凝土本會產(chǎn)生自由收縮，而早期抗裂試驗是為了確定混凝土收縮對混凝土開裂趨勢的影響[3]；（4）混凝土發(fā)生堿集料反應，會在混凝土內(nèi)部產(chǎn)生膨脹應力，致使混凝土開裂。

基于以上，結(jié)合福州地鐵4 號線C35P8 耐久性混凝土的設計對耐久性混凝土對材料的要求，現(xiàn)就福州地鐵4 號線工程C35P8 耐久性混凝土的配合比設計進行探討，福州地鐵工程環(huán)境作用等級為I-B 級，確定設計配合比時應對混凝土原材料的選用與混凝土的水膠比等主要參數(shù)提出具體要求，確?；炷辆哂辛己玫哪途眯?。

1 原材料選擇

1.1 水泥

本文水泥選用福建水泥有限公司生產(chǎn)的煉石牌P·O42.5 普通硅酸鹽水泥，其化學指標、物理性能如表1、表2 所示。

表1 P·O42.5 化學性能指標%

表2 P·O42.5 物理性能指標

1.2 集料

本文集料選用由永泰縣宏源砂石加工有限公司生產(chǎn)的集料，粗、細骨料碎石質(zhì)量檢測結(jié)果分別如表3、表4 所示。

表3 粗集料性能指標

表4 細集料性能指標

1.3 粉煤灰

本文選用福州開發(fā)區(qū)華能實業(yè)有限公司生產(chǎn)的F 類Ⅱ級粉煤灰，粉煤灰理化性能檢測結(jié)果如表5 所示。

1.4 礦渣粉

本文選用由福建羅源閩光鋼鐵有限公司生產(chǎn)的S95 級粒化高爐礦渣粉，其各項性能指標如表6 所示。

表5 粉煤灰理化性能指標

表6 粒化高爐礦渣粉性能指標

1.5 外加劑

本文選用聚羧酸高效減水劑的性能指標如表7 所示，本文選用武漢三源特種建材有限責任公司生產(chǎn)的鎂質(zhì)膨脹劑性能指標如表8 所示。

表7 聚羧酸高效減水劑檢測結(jié)果

表8 膨脹劑檢測結(jié)果

2 配合比設計

為了使C35P8 混凝土耐久性能滿足設計圖紙要求，即：碳化試驗[3]≤2.0cm；早期抗裂性[3]C＜400mm2/m2；電通量[3]≤1200C，氯離子擴散系數(shù)[3]RCM≤3.0×10-12m2/s，抗?jié)B性[3]能符合P8 要求，通過考慮摻入膨脹劑、粉煤灰、礦渣粉對混凝土配合比影響，試驗用混凝土配合比見表9。

表9 混凝土配合比材料用量

3 試驗結(jié)果

通過混凝土相關(guān)試驗，抗?jié)B性均能滿足P8 要求，試驗結(jié)果如表10 所示。

3.1 數(shù)據(jù)分析

（1）由A1、B1、C1 試驗可知，水膠比越低，28d 抗壓強度越高，抗氯離子滲透越小，碳化深度越小，混凝土耐久性能越好；

（2）由B2、B3、B1 試驗可知，同比例下，膨脹劑的加入能有效降低早期裂縫，提高早期抗裂性能；

（3）由B1、B2、B3、D1、D2、D3、D4、D5 試驗可知，單摻或雙摻粉煤灰和礦渣粉，均可降低混凝土氯離子擴散系數(shù)及電通量，且雙摻優(yōu)于單摻；

（4）由D1、D2、D3、D4、D5 試驗數(shù)據(jù)可知，隨著粉煤灰摻量的不斷增加，混凝土拌合料流動度也隨之增加，砼抗壓強度逐步降低，混凝土抗氯離子滲透系數(shù)降低，但粉煤灰摻量在20%～30%時，混凝土抗氯離子滲透系數(shù)降低效果就不是很明顯了，有上升的趨勢，混凝土抗壓強度的損失較為明顯。隨著粉煤灰摻量的增加，能有效改善混凝土抗?jié)B性能，但混凝土碳化深度也隨之增加。早期抗裂性能摻量在15%～20%，下降較為明顯[4]，隨著粉煤灰摻量增加，下降趨勢越不明顯。

表10 混凝土配合比試驗結(jié)果

3.2 粉煤灰的影響

D1、D2、D3、D4、D5 相關(guān)檢測結(jié)果如圖1～5 所示。

圖1 粉煤灰摻量與坍落度關(guān)系

由圖1 可知，粉煤灰摻量在0～30%范圍內(nèi)，摻量越大，混凝土坍落度[5]越高。

圖2 粉煤灰摻量與抗壓強度關(guān)系

由圖2 可知，粉煤灰摻量由0%增加至30%時，混凝土抗壓強度變小，在20%～30%時，28d 抗壓強度下降越加緩慢，7d 抗壓強度在15%～20%之間下降最明顯；粉煤灰摻量越大時，抗壓強度后期增長越加明顯。粉煤灰摻量越高對早期抗壓強度影響越大，對28d 抗壓強度影響程度相對較小，摻量為20%～30%時影響程度比10%～15%摻量大得多。因此，如果要保證早期強度時，建議摻量在10%～15%之間進行選擇。

圖3 粉煤灰摻量與碳化關(guān)系

由圖3 可知，碳化速度隨著粉煤灰摻量增加而加快，摻量在10%～20%時，碳化加快速度相對較小。

圖4 粉煤灰摻量與電通量關(guān)系

圖5 粉煤灰摻量與RCM 關(guān)系

由圖4、圖5 可知，摻入粉煤灰能有效地降低混凝土氯離子的滲透，且粉煤灰摻量在10%～15%下降最為明顯，在20%～30%時，混凝土氯離子滲透有增加的趨勢，因此，建議粉煤灰摻量在10%～15%之間。

5 結(jié)束語

本文通過對不同參考配合比下C35P8 混凝土性能進行研究，得出以下結(jié)論：

（1）水膠比越低，強度越高，抗氯離子滲透越小，碳化深度越小，混凝土耐久性能越好，且混凝土加入膨脹劑能有效抑制混凝土早期裂縫產(chǎn)生，提高早期抗裂性能。

（2）混凝土加入粉煤灰和粒化高爐礦渣粉均能有效抑制氯離子的滲透，且雙摻優(yōu)于單摻；在單摻粉煤灰時，粉煤灰摻量越高，氯離子滲透會先降低后增加，當粉煤灰摻量在20%～30%時，混凝土抗氯離子滲透系數(shù)下降的效果不明顯，且摻加粉煤灰能有效提高混凝土抗?jié)B性，混凝土加入摻合料能有效地降低混凝土總堿量，建議粉煤灰摻量在10%～15%之間。

（3）粉煤灰摻量在0～30%范圍內(nèi)，粉煤灰摻量的增加，混凝土拌合料流動度也有所增加，對早期抗壓強度影響越大，對28d 抗壓強度影響程度相對較小，當粉煤灰摻量在10%～15%范圍時，對早期抗壓強度影響程度較?。环勖夯覔搅吭?5%～20%時能有效地抑制混凝土早期裂縫的產(chǎn)生，隨著摻量增加，效果越不明顯；混凝土滲透高度越來越小，隨著粉煤灰摻量增加，下降趨勢越不明顯，但粉煤灰摻量越大，混凝土碳化深度也越大，會對混凝土耐久性產(chǎn)生不利影響。

（4）綜合考慮摻合料對混凝土力學性能、耐久性能的影響，針對C35P8混凝土用于地鐵工程，根據(jù)設計圖紙要求，在配制混凝土時，宜選用雙摻，即加入粉煤灰和高爐?；V渣粉，粉煤灰摻量10%～15%，總摻量選用25%～30%，序號B1 各性能均能符合設計要求，選用序號B1 為最終配合比。