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材料和常規工藝，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、尺寸穩定性好、工作性優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質摻合料和低水膠比等措施，使混凝土具有高抗滲透性，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。本工程要求56d電通量≤800C，56d氯離子遷移系數≤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區中砂，細度模數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，檢測數據見表5。

表4常用配合比（kg/m3）

表5常用配合比檢測數據

2.2 海港構件高耐久性混凝土配制的優化

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范》規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據不能滿足高性能混凝土規范及設計要求。

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，檢測數據見表8。

表7 C50優化配合比（kg/m3）

表8 優化配合比檢測數據

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+粉煤灰方案是傳統的改善混凝土耐久性的優化方案，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 （×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。