福州地鐵4 號(hào)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(cè)有限公司， 福建福州 350012）

0 引言

近年來(lái)，福州地鐵各條線路均在陸續(xù)建設(shè)中，因其工程結(jié)構(gòu)混凝土長(zhǎng)期處于地下水腐蝕性環(huán)境中，故對(duì)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(diǎn)：（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(huì)導(dǎo)致混凝土的堿性降低，使鋼筋表面在高堿條件下形成的對(duì)鋼筋起保護(hù)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(huì)吸附于鈍化膜上，達(dá)到臨界濃度后，會(huì)對(duì)鈍化膜產(chǎn)生破壞，從而引起鋼筋銹蝕，會(huì)使鋼筋與混凝土的粘結(jié)力下降，嚴(yán)重時(shí)會(huì)產(chǎn)生膨脹使保護(hù)層開(kāi)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(huì)產(chǎn)生自由收縮，而早期抗裂試驗(yàn)是為了確定混凝土收縮對(duì)混凝土開(kāi)裂趨勢(shì)的影響[3]；（4）混凝土發(fā)生堿集料反應(yīng)，會(huì)在混凝土內(nèi)部產(chǎn)生膨脹應(yīng)力，致使混凝土開(kāi)裂。

基于以上，結(jié)合福州地鐵4 號(hào)線C35P8 耐久性混凝土的設(shè)計(jì)對(duì)耐久性混凝土對(duì)材料的要求，現(xiàn)就福州地鐵4 號(hào)線工程C35P8 耐久性混凝土的配合比設(shè)計(jì)進(jìn)行探討，福州地鐵工程環(huán)境作用等級(jí)為I-B 級(jí)，確定設(shè)計(jì)配合比時(shí)應(yīng)對(duì)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辆哂辛己玫哪途眯浴?/p>

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(xué)指標(biāo)、物理性能如表1、表2 所示。

表1 P·O42.5 化學(xué)性能指標(biāo)%

表2 P·O42.5 物理性能指標(biāo)

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(xì)骨料碎石質(zhì)量檢測(cè)結(jié)果分別如表3、表4 所示。

表3 粗集料性能指標(biāo)

表4 細(xì)集料性能指標(biāo)

1.3 粉煤灰

本文選用福州開(kāi)發(fā)區(qū)華能實(shí)業(yè)有限公司生產(chǎn)的F 類(lèi)Ⅱ級(jí)粉煤灰，粉煤灰理化性能檢測(cè)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(jí)粒化高爐礦渣粉，其各項(xiàng)性能指標(biāo)如表6 所示。

表5 粉煤灰理化性能指標(biāo)

表6 ?；郀t礦渣粉性能指標(biāo)

1.5 外加劑

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

表7 聚羧酸高效減水劑檢測(cè)結(jié)果

表8 膨脹劑檢測(cè)結(jié)果

2 配合比設(shè)計(jì)

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

表9 混凝土配合比材料用量

3 試驗(yàn)結(jié)果

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

3.1 數(shù)據(jù)分析

（1）由A1、B1、C1 試驗(yàn)可知，水膠比越低，28d 抗壓強(qiáng)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(yàn)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(yàn)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(kuò)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(yàn)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(dòng)度也隨之增加，砼抗壓強(qiáng)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(shí)，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(shì)，混凝土抗壓強(qiáng)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(shì)越不明顯。

表10 混凝土配合比試驗(yàn)結(jié)果

3.2 粉煤灰的影響

D1、D2、D3、D4、D5 相關(guān)檢測(cè)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(qiáng)度關(guān)系

由圖2 可知，粉煤灰摻量由0%增加至30%時(shí)，混凝土抗壓強(qiáng)度變小，在20%～30%時(shí)，28d 抗壓強(qiáng)度下降越加緩慢，7d 抗壓強(qiáng)度在15%～20%之間下降最明顯；粉煤灰摻量越大時(shí)，抗壓強(qiáng)度后期增長(zhǎng)越加明顯。粉煤灰摻量越高對(duì)早期抗壓強(qiáng)度影響越大，對(duì)28d 抗壓強(qiáng)度影響程度相對(duì)較小，摻量為20%～30%時(shí)影響程度比10%～15%摻量大得多。因此，如果要保證早期強(qiáng)度時(shí)，建議摻量在10%～15%之間進(jìn)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(shí)，碳化加快速度相對(duì)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(shí)，混凝土氯離子滲透有增加的趨勢(shì)，因此，建議粉煤灰摻量在10%～15%之間。

5 結(jié)束語(yǔ)

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

（1）水膠比越低，強(qiáng)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?；郀t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(shí)，粉煤灰摻量越高，氯離子滲透會(huì)先降低后增加，當(dāng)粉煤灰摻量在20%～30%時(shí)，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(dòng)度也有所增加，對(duì)早期抗壓強(qiáng)度影響越大，對(duì)28d 抗壓強(qiáng)度影響程度相對(duì)較小，當(dāng)粉煤灰摻量在10%～15%范圍時(shí)，對(duì)早期抗壓強(qiáng)度影響程度較小；粉煤灰摻量在15%～20%時(shí)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(lái)越小，隨著粉煤灰摻量增加，下降趨勢(shì)越不明顯，但粉煤灰摻量越大，混凝土碳化深度也越大，會(huì)對(duì)混凝土耐久性產(chǎn)生不利影響。

（4）綜合考慮摻合料對(duì)混凝土力學(xué)性能、耐久性能的影響，針對(duì)C35P8混凝土用于地鐵工程，根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙要求，在配制混凝土?xí)r，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(hào)B1 各性能均能符合設(shè)計(jì)要求，選用序號(hào)B1 為最終配合比。