海工自密實(shí)高性能混凝土研制與應(yīng)用

王成啟，莊驊，張悅?cè)?/p>

（1.中交上海三航科學(xué)研究院有限公司，上海 200032；2.洋山同盛港口建設(shè)有限公司，上海 201308）

0 引言

洋山一期工作船碼頭作為洋山工程建設(shè)期配套項(xiàng)目，位于二期集裝箱碼頭西側(cè)，蔣公柱島南側(cè)，于2004年建成投入使用，主要供港作拖輪、海事巡邏艇等工作船舶?？浚骖櫠诮ㄔO(shè)砂石料碼頭功能。工作船碼頭后方陸域混凝土施工主要包括擋浪墻、道路及停車場(chǎng)施工等。新建的混凝土道路2條，即橫一路、橫四路，總長度約564 m。其中新建橫一路長222 m，寬7 m；新建橫四路長342 m，寬8 m。新建場(chǎng)地總面積約68 782 m2，其中汽車露天停車場(chǎng)1面積18 510 m2，停車場(chǎng)2面積9 459 m2，停車場(chǎng)3面積21 051 m2（含重載車停放區(qū)面積1 620 m2），停車場(chǎng)4面積18 510 m2，停車場(chǎng)5利用原有場(chǎng)地面層結(jié)構(gòu)，拆除原有圍網(wǎng)及綠化帶后，與周邊道路順接。

本工程道路和停車場(chǎng)混凝土處于侵蝕較為嚴(yán)重的海洋環(huán)境，氯鹽對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大的侵蝕作用[1-2]，且混凝土面層對(duì)抗折強(qiáng)度和抗裂性要求較高[3]。自密實(shí)混凝土不需要振搗即可充滿模板，具有很高的施工性能，可不需要人工振搗，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度；而海工自密實(shí)高性能混凝土不僅具有較高的施工性能，而且還具有較高的抗氯鹽侵蝕能力。在保證混凝土的抗氯鹽侵蝕性能的基礎(chǔ)上，為減輕勞動(dòng)強(qiáng)度和提高生產(chǎn)效率，混凝土路面采用海工自密實(shí)高性能混凝土進(jìn)行澆筑施工。本文從海工自密實(shí)混凝土配制和施工質(zhì)量控制兩個(gè)方面，開展海工自密實(shí)高性能混凝土應(yīng)用研究。

1 海工自密實(shí)高性能混凝土配制

1.1 海工自密實(shí)高性能混凝土技術(shù)要求

混凝土的質(zhì)量要求為：1）混凝土抗壓強(qiáng)度等級(jí)為C45，抗折強(qiáng)度大于4.5 MPa，采用海工自密實(shí)高性能混凝土進(jìn)行澆筑施工。2）海工自密實(shí)高性能混凝土耐久性的質(zhì)量要求為：齡期56 d的電通量小于1 000 C；齡期90 d的擴(kuò)散系數(shù)小于1.5×10-12m2/s。

1.2 海工自密實(shí)高性能配合比試驗(yàn)

1.2.1 原材料優(yōu)選與試驗(yàn)

1.2.1.1 水泥

采用上海金山水泥廠生產(chǎn)的強(qiáng)度等級(jí)42.5的普通硅酸鹽水泥，對(duì)水泥的膠砂抗折強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度以及安定性、細(xì)度、凝結(jié)時(shí)間、標(biāo)準(zhǔn)稠度等指標(biāo)進(jìn)行了試驗(yàn)，其性能指標(biāo)測(cè)試結(jié)果如表1所示。表1的試驗(yàn)結(jié)果表明，水泥的性能達(dá)到了GB 175—2007《通用硅酸鹽水泥》中42.5普通硅酸鹽水泥的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

表1 水泥的物理力學(xué)性能指標(biāo)測(cè)試結(jié)果

1.2.1.2 粉煤灰

采用上海新寶粉煤灰廠生產(chǎn)的Ⅱ級(jí)粉煤灰，對(duì)其安定性、細(xì)度、含水量、燒失量、需水量和三氧化硫性能指標(biāo)進(jìn)行了測(cè)試，如表2所示。表2的測(cè)試結(jié)果表明，粉煤灰的技術(shù)指標(biāo)達(dá)到了GB/T 1596—2005《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》中Ⅱ級(jí)粉煤灰質(zhì)量要求。

表2 粉煤灰的技術(shù)指標(biāo)測(cè)試結(jié)果

1.2.1.3 骨料

1） 細(xì)骨料

采用河砂，對(duì)其細(xì)度模數(shù)、表觀密度、堆積密度、輕物質(zhì)含量、含泥量和泥塊含量等有關(guān)性能指標(biāo)進(jìn)行了試驗(yàn)，檢測(cè)結(jié)果如表3。此外，對(duì)砂的級(jí)配進(jìn)行了試驗(yàn)，如表4所示。由表3、表4可知，該河砂的含泥量和泥塊含量滿足要求，為細(xì)度模數(shù)2.7的Ⅱ區(qū)中砂，級(jí)配良好，符合JGJ 52—2006《普通混凝土用砂、石質(zhì)量及檢驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》的質(zhì)量基本要求。河砂中粒徑小于0.16 mm的石粉含量為1.0%，可用來配制海工自密實(shí)高性能混凝土。

表3 砂的技術(shù)指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果

表4 砂級(jí)配測(cè)試結(jié)果

2） 粗骨料

試驗(yàn)采用5~20 mm連續(xù)級(jí)配的碎石，對(duì)其表觀密度、堆積密度、含泥量、泥塊含量、堅(jiān)固性、壓縮指標(biāo)、針片狀含量、空隙率等性能指標(biāo)進(jìn)行了試驗(yàn)，測(cè)試結(jié)果如表5[4]。此外，對(duì)碎石的級(jí)配進(jìn)行了試驗(yàn)，篩分試驗(yàn)結(jié)果如表6所示。從表5和表6測(cè)試結(jié)果可以看出，粗骨料最大粒徑小于20 mm，針片狀顆粒含量小于8%，空隙率小于40%，含泥量不大于1%，泥塊含量不大于0.5%，滿足配制海工自密實(shí)高性能混凝土的粗骨料基本要求。從表6的篩分試驗(yàn)結(jié)果還可以看出，5~20mm連續(xù)級(jí)配的碎石級(jí)配良好，滿足JG J52—2006《普通混凝土用砂、石質(zhì)量及檢驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》級(jí)配要求，可以配制海工自密實(shí)高性能混凝土。

表5 粗骨料的性能指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果

表6 粗骨料篩分試驗(yàn)結(jié)果

1.2.1.4 減水劑

采用巴斯夫有限公司RP25和上海諧和建材公司的聚羧酸系高效減水劑，對(duì)其密度、水泥凈漿流動(dòng)度、pH值、氯離子含量和減水率性能指標(biāo)進(jìn)行了試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如表7所示，兩種聚羧酸高效減水劑的減水率均達(dá)到GB 8076—2008《混凝土外加劑》的質(zhì)量要求。

表7 聚羧酸高效減水劑檢測(cè)結(jié)果

1.2.2 混凝土配合比與試驗(yàn)方法

1.2.2.1 混凝土配合比

采用單摻粉煤灰配制海工自密實(shí)高性能混凝土，按研制的海工自密實(shí)高性能混凝土配制方法[5]，采用現(xiàn)場(chǎng)原材料，配制海工自密實(shí)高性能混凝土。由于水泥為42.5普通硅酸鹽水泥，選用粉煤灰摻量為30%；單位體積粗骨料選用0.30 m3，用水量選用170 kg/m3，自密實(shí)混凝土配合比如表8所示。

表8 混凝土配合比kg/m3

1.2.2.2 試驗(yàn)方法

1） 工作性試驗(yàn)

工作性能主要包括坍落度、坍落擴(kuò)展度、T500、L型儀、V型儀、U型儀拌合物穩(wěn)定性跳桌等試驗(yàn)，工作性試驗(yàn)方法參照CCES02—2004《自密實(shí)混凝土設(shè)計(jì)與施工指南》和CECS203：2006《自密實(shí)混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》等標(biāo)準(zhǔn)的有關(guān)規(guī)定進(jìn)行。

2） 耐久性試驗(yàn)

耐久性試驗(yàn)主要包括電通量、擴(kuò)散系數(shù)和碳化試驗(yàn)等。電通量試驗(yàn)按ASTMC1202《混凝土抗氯離子滲透性標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法》[6]進(jìn)行；擴(kuò)散系數(shù)試驗(yàn)按GBJ82—85《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗(yàn)方法》（RCM法）的有關(guān)規(guī)定進(jìn)行。

3） 力學(xué)性能試驗(yàn)

抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)按JTJ270—98《水運(yùn)工程混凝土試驗(yàn)規(guī)程》的有關(guān)規(guī)定進(jìn)行。

1.2.3 試驗(yàn)結(jié)果與討論分析

1.2.3.1 拌合物性能

兩種高效減水劑配制的海工自密實(shí)高性能混凝土拌合物性能指標(biāo)如表9所示?？梢钥闯?，采用巴斯夫高效減水劑所拌制的海工自密實(shí)高性能混凝土填充性、流動(dòng)性和間隙通過能力均高于上海諧和建材有限公司的高效減水劑。從混凝土拌合物填充性、流動(dòng)性和間隙通過能力的工作性性能來看，宜選用巴斯夫高效減水劑。

表9 自密實(shí)混凝土拌合物性能

1.2.3.2 強(qiáng)度

在試驗(yàn)室不振搗制作海工自密實(shí)高性能混凝土試塊，拆模后放入標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。兩種高效減水劑配制的海工自密實(shí)高性能混凝土抗壓強(qiáng)度的測(cè)試結(jié)果如表10所示?？梢钥闯觯瑑煞N高效減水劑所配制的海工高性能混凝土28 d抗壓強(qiáng)度比較接近，均大于50 MPa，抗折強(qiáng)度均大于5.4 MPa，具有較高的抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度。

表10 自密實(shí)混凝土抗壓強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果MPa

1.2.3.3 耐久性

在試驗(yàn)室制作海工自密實(shí)高性能混凝土的耐久性試塊，試件的尺寸為φ100 mm×51 mm，拆模后放入標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。兩種高效減水劑所配制的海工自密實(shí)高性能混凝土的電通量和擴(kuò)散系數(shù)測(cè)試結(jié)果如表11所示。表11測(cè)試結(jié)果表明，兩種高效減水劑配制的海工自密實(shí)高性能混凝土56 d的電通量均小于1 000 C，90 d擴(kuò)散系數(shù)小于1.5×10-12m2/s，具有較高的抗氯鹽侵蝕性能，滿足海工混凝土結(jié)構(gòu)對(duì)抗氯鹽侵蝕耐久性的質(zhì)量要求。

表11 混凝土電通量和擴(kuò)散系數(shù)測(cè)試結(jié)果

2 施工質(zhì)量控制

2.1 質(zhì)量控制方法

從兩種高效減水劑拌制的海工自密實(shí)高性能混凝土拌合物性能比較，采用巴斯夫高效減水劑拌制海工自密實(shí)高性能混凝土工作性優(yōu)良，選用巴斯夫RP25，混凝土配合比如表8中的S1所示。

采用攪拌樓雙軸式強(qiáng)制攪拌機(jī)攪拌混凝土，混凝土攪拌時(shí)間為120 s。采用混凝土運(yùn)輸車運(yùn)輸混凝土到施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行澆筑，運(yùn)輸車在使用前潤濕，不得留有積水。為保證海工自密實(shí)混凝土的工作性，到現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)高速攪拌3 min，經(jīng)檢驗(yàn)合格后方可進(jìn)行卸料和澆筑等工序，混凝土無需振搗而自密實(shí)?；炷翝仓粤髌胶?，立即用不透水薄膜覆蓋表面；在混凝土臨近初凝前抺面，抺面后立即覆蓋保濕材料潮濕養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)時(shí)間為15 d。

2.2 工程試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果分析

2.2.1 拌合物工作性

在工程現(xiàn)場(chǎng)取樣進(jìn)行了海工自密實(shí)高性能混凝土拌合物工作性能試驗(yàn)，測(cè)試結(jié)果如表12所示。從表12可以看出，海工自密實(shí)高性能混凝土拌合物的坍落度為255mm、坍落擴(kuò)展度為650mm、T500流動(dòng)時(shí)間為3.5s、V型漏斗通過時(shí)間為15.5 s、U型儀填充高度為330 mm，達(dá)到《自密實(shí)混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》等有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，具有較高流動(dòng)性、填充性、間隙通過性和抗離析性。

表12 自密實(shí)混凝土工作性測(cè)試結(jié)果

2.2.2 強(qiáng)度

在工程現(xiàn)場(chǎng)取樣成型混凝土抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度試塊拆模后進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)，到規(guī)定齡期測(cè)試海工自密實(shí)高性能混凝土的抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度，混凝土抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果如表13。從表13可以看出，混凝土的28 d抗壓強(qiáng)度達(dá)到58.9 MPa，28 d抗折強(qiáng)度為5.51 MPa，達(dá)到4.5 MPa的強(qiáng)度設(shè)計(jì)要求。此外，混凝土的56 d和90 d的抗壓強(qiáng)度持續(xù)增加，56 d的抗壓強(qiáng)度達(dá)到62.3MPa，90 d抗壓強(qiáng)度達(dá)到69.1 MPa，分別比28 d抗壓強(qiáng)度增加了5.8%、17.3%，具有較高的抗壓強(qiáng)度。

表13 抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果MPa

2.2.3 耐久性

在工程現(xiàn)場(chǎng)取樣并成型電通量和擴(kuò)散系數(shù)試塊，拆模進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)。到規(guī)定齡期測(cè)試海工自密實(shí)高性能混凝土的電通量和擴(kuò)散系數(shù)，試驗(yàn)結(jié)果如表14所示。表14的測(cè)試結(jié)果表明，隨著齡期增加，海工自密實(shí)高性能混凝土的電通量和擴(kuò)散系數(shù)不斷減小，56 d的電通量和90 d擴(kuò)散系數(shù)分別比28 d的下降了40%和62.8%；56 d齡期的電通量為751 C，90 d齡期的電通量為605 C，56 d和90 d電通量均小于1 000 C；90 d的擴(kuò)散系數(shù)為1.251×10-12m2/s，小于1.5×10-12m2/s。

表14 混凝土電通量和擴(kuò)散系數(shù)測(cè)試結(jié)果

2.2.4 現(xiàn)場(chǎng)取芯

面層混凝土表面經(jīng)15 d養(yǎng)護(hù)，28 d后觀察混凝土外觀表面無裂縫出現(xiàn)，并進(jìn)行在現(xiàn)場(chǎng)鉆取芯樣，鉆取的芯樣如圖1所示。從圖1芯樣外觀可以看出，粗骨料均勻分布在混凝土中，無空洞等缺陷出現(xiàn)，無離析出砂漿層，自密實(shí)混凝土達(dá)到較高的自密實(shí)狀態(tài)。同時(shí)，按有關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，對(duì)鉆取的芯樣進(jìn)行切割加工，到規(guī)定齡期進(jìn)行電通量和擴(kuò)散系數(shù)試驗(yàn)。

圖1 海工自密實(shí)高性能混凝土芯樣與試塊

對(duì)鉆取的芯樣56 d和90 d齡期的電通量和擴(kuò)散系數(shù)進(jìn)行了試驗(yàn)，測(cè)試結(jié)果如表15所示。表15的測(cè)試結(jié)果表明，芯樣56 d和90 d的電通量均小于1 000 C，芯樣90 d擴(kuò)散系數(shù)小于1.5×10-12m2/s。

表15 芯樣混凝土的電通量和擴(kuò)散系數(shù)測(cè)試結(jié)果

2.2.5 表面裂縫情況

通過加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)、控制混凝土工作性等技術(shù)措施，混凝土裂縫得到有效控制。通過現(xiàn)場(chǎng)觀察，混凝土表面無塑性裂縫，后期也未發(fā)生混凝土干燥收縮引起的裂縫。

3 結(jié)語

采用所研制的海工自密實(shí)高性能混凝土在洋山一期工作船碼頭后方陸域道路和場(chǎng)地中獲得應(yīng)用，應(yīng)用情況表明，混凝土坍落擴(kuò)展度為650 mm、T500流動(dòng)時(shí)間為3.5s、V型漏斗通過時(shí)間為15.5s、U型儀填充高度為330 mm；28 d抗壓強(qiáng)度達(dá)到58.9 MPa，28 d抗折強(qiáng)度為5.51 MPa，56 d的抗壓強(qiáng)度達(dá)到62.3MPa，90d抗壓強(qiáng)度達(dá)到69.1MPa；56 d齡期的電通量為751 C，90 d齡期電通量為605 C；90 d的擴(kuò)散系數(shù)為1.251×10-12m2/s。海工自密實(shí)高性能混凝土拌合物性能良好，力學(xué)性能滿足設(shè)計(jì)要求，并具有較高的抗氯鹽侵蝕性能，滿足海工高性能混凝土質(zhì)量要求。對(duì)自密實(shí)澆筑的海工高性能混凝土進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)取芯和試驗(yàn)，現(xiàn)場(chǎng)取芯表明，混凝土中骨料均勻密實(shí)，無空洞等缺陷，無離析出砂漿層，芯樣56 d的電通量小于1 000 C，90 d擴(kuò)散系數(shù)小于1.5×10-12m2/s，滿足海工自密實(shí)高性能混凝土質(zhì)量要求。

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