水運工程高性能混凝土質(zhì)量控制

袁凱

摘 要：嵊泗縣沈家灣客運中心二期工程海工結(jié)構(gòu)中，采用高性能混凝土取代傳統(tǒng)普通混凝土外加表層刷涂層防腐的形式。介紹了高性能混凝土的性能特點、材料選擇、質(zhì)量控制等。為大力推廣在水工工程中的廣泛應(yīng)用積累了施工經(jīng)驗。

關(guān)鍵詞：高性能混凝土；質(zhì)量控制；施工

中圖分類號：TV43 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006—7973（2016）08-0070-03

1 工程概況

嵊泗縣沈家灣客運中心二期工程位于洋山深水港區(qū)東部，背靠沈家灣島，南部與筲箕島、虎嘯蛇島隔水相望，屬于典型的海港工程。碼頭建成后上部結(jié)構(gòu)混凝土將長期處于海水環(huán)境中，海水中的氯離子滲透進(jìn)入混凝土中引起鋼筋銹蝕是導(dǎo)致混凝土耐久性降低的主要原因。為提高混凝土的耐久性，延長結(jié)構(gòu)的合理使用年限，本工程上部結(jié)構(gòu)采用高性能混凝土取代普通混凝土表層外加防腐涂層的結(jié)構(gòu)形式。

2 高性能混凝土與防腐涂層混凝土比較的優(yōu)點

本工程采用高性能混凝土，有其自身獨特的性能：①抗氯離子滲透性強(qiáng)，普通混凝土抗氯離子滲透（c）≤2000，而高性能混凝土抗氯離子滲透（c）≤1000，能夠滿足結(jié)構(gòu)受海水侵蝕的使用年限，國際上一些高性能混凝土大型橋梁的使用壽命甚至達(dá)到100年。②耐久性強(qiáng)，海港工程防止海水氯離子入侵的防腐涂層根據(jù)海水鹽分的不同，涂層厚度有350μm、450μm 、550μm 不等，但是海港工程如使用不當(dāng)，造成表層涂層破損，一些貝類生物長期附著生長在涂層表層也容易造成涂層脫落，失去了原有的效果，大大降低了結(jié)構(gòu)的使用壽命。而高性能混凝土不受外界環(huán)境的變化和影響，使用年限長。③抗裂性能佳，高性能混凝土與普通混凝土相比，較不容易出現(xiàn)裂縫，同時，在大體積分層澆筑的情況下，上下層混凝土的施工縫不易因收縮而產(chǎn)生冷縫，能更好的保護(hù)鋼筋免受氯離子侵襲。而涂層防腐很難做到這一點。④高體積穩(wěn)定性----混凝土凝結(jié)前不分層、不離析，硬化后體積變化小。因此，高性能混凝土被認(rèn)為是目前全世界性能最為全面的混凝土，至今已在不少重要工程中被采用，特別是在橋梁、高層建筑、海港建筑等工程。

雖然高性能混凝土優(yōu)點突出，但是影響高性能混凝土性能的因素也很多，結(jié)合工程情況主要從以下幾個方面探討混凝土的質(zhì)量控制。

3 高性能混凝土原材料質(zhì)量控制

高性能混凝土組成材料中，除了與普通混凝土類似的組成材料----水泥、水、砂、石以外，高效減水劑和礦物質(zhì)摻合料是不可或缺的組分。由于高性能混凝土要求和配置的特點，原來對普通混凝土影響不明顯的因素對于高性能混凝土就可能影響顯著，因此高性能混凝土對所用原材料的要求與普通混凝土相比有所不同。原材料在滿足規(guī)范要求的前提下還應(yīng)重點控制以下幾點：

3.1 水泥

本工程高性能混凝土標(biāo)號為C45，所選用的是富力牌P.O42.5普通硅酸鹽水泥，產(chǎn)地：上海建筑材料集團(tuán)水泥有限公司。該水泥為中熱硅酸鹽水泥，活性高，流變性能好，其標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量較低，為26.6%，能使混凝土在較低水灰比下具有良好的工作性，并可以降低水泥的水化熱，提高混凝土的體積穩(wěn)定性，減少溫度裂縫的產(chǎn)生機(jī)會。水泥與高效減水劑應(yīng)具有良好的相容性，特別是在低水膠比的高性能混凝土中，相容性問題就更加突出。水泥與高效減水劑的相容性不好時，不僅會影響高效減水劑的減水率，更重要的是會造成混凝土嚴(yán)重的坍落度損失。

3.2 高效減水劑

高性能混凝土的外加劑通常選用聚羧酸高效減水劑，它是第三代液體減水劑，與硅酸鹽水泥的相容性好，能很好的保持混凝土的坍落度，延長混凝土的施工時間。另外，它摻量低、減水率高；增強(qiáng)效果顯著，坍落度經(jīng)時損失低、氯離子含量低、堿含量低，有利于混凝土的耐久性。本工程選用的聚羧酸高效減水劑型號為LDY-2S，減水率為19%，大于規(guī)范規(guī)定的14%，起到更好的減水效果，同時氯離子含量為0.01%，堿含量1.0%，完全能滿足配制高性能混凝土所需。

3.3 粗細(xì)骨料

聚羧酸系高性能減水劑對砂石料的含泥量和泥塊含量（主要是泥塊對外加劑的吸附性）相當(dāng)敏感，砂石料的含泥量須比拌合普通混凝土的含泥量更低，含泥量的高低是影響混凝土坍落度損失的一個主要原因，在試配試驗中發(fā)現(xiàn)，一旦含泥量過高，拌合料在攪拌過程中高效減水劑被泥吸附，失去了與水泥化合反應(yīng)的性能，導(dǎo)致混凝土變干、變硬，失去了工作性能。因此，商品混凝土廠家采購的黃砂為優(yōu)質(zhì)贛江砂，含泥量為0.6%，泥塊含量為0.2%，經(jīng)試驗檢測，均能達(dá)到Ι、Ⅱ類標(biāo)準(zhǔn)，碎石含泥量為0.5%，泥塊含量為0.2%，也達(dá)到Ι、Ⅱ類標(biāo)準(zhǔn)。粗骨料粒徑的選擇按照最大公稱粒徑選擇的原則：質(zhì)量相同的石子，粒徑越大，總表面積越小，越節(jié)約水泥，隨著粗骨料粒徑的增加，混凝土的工作性、力學(xué)性能、耐久性都逐漸下降。本工程采用的石子粒徑為5～25mm，最大粒徑小于常規(guī)的31.5mm。

3.4 礦物摻合料

優(yōu)質(zhì)的粉煤灰、礦粉等礦物摻合料，具有需水量小、早期活性低、黏聚性好等優(yōu)點，用適量的礦物摻合料替代水泥摻入混凝土中，可明顯提高混凝土的流動性、黏聚性，防止泌水離析，降低坍落度損失，從而提高新拌混凝土的工作性能，并可以降低混凝土的溫度應(yīng)力，從而減少由于溫差而引起的開裂傾向。

4 高性能混凝土配合比設(shè)計質(zhì)量控制

高性能混凝土配合比設(shè)計采用試驗----計算法，其配置強(qiáng)度的確定原則與普通混凝土相同，即按下式確定：

由于工程開工時并沒有混凝土強(qiáng)度統(tǒng)計資料，所以混凝土立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差可按表1混凝土抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差的平均水平選取。開工后再盡快積累統(tǒng)計資料，對混凝土立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差進(jìn)行修正。

修正時，混凝土立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差按下式計算：<＼＼雜志＼水運雜志＼第八期＼待排＼工程技術(shù)＼QQ圖片20160812134124.png>

式中：σ---混凝土立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差（MPa）；fcu，i---第i組混凝土立方體抗壓強(qiáng)度（MPa）；n---統(tǒng)計批內(nèi)的試件組數(shù)，n≥25；m----n組混凝土立方體抗壓強(qiáng)度的平均值（MPa）。

本工程高性能混凝土強(qiáng)度為C45，在配合比設(shè)計時還應(yīng)滿足如下要求：膠凝材料：≥400kg/m3；水膠比：≤0.35；塌落度：140±20mm；強(qiáng)度等級：≥C45；抗氯離子滲透性：≤1000庫侖等要求，高性能混凝土配合比在按照要求的工作性能、力學(xué)性能、耐久性能進(jìn)行初步設(shè)計和試配后，再根據(jù)試配結(jié)果進(jìn)行必要的調(diào)整，最終確定滿足設(shè)計要求的配合比。

5 高性能混凝土施工質(zhì)量控制

在試驗室配置符合要求的高性能商品混凝土相對比較容易，但在整個施工過程中，控制高性能混凝土的質(zhì)量水平則較為困難。一些在普通情況下不太敏感的因素，在低水膠比的情況下會變得相當(dāng)敏感，這就要求在整個施工過程中，必須注意各種條件、因素的變化而導(dǎo)致的混凝土質(zhì)量不能滿足設(shè)計要求。

高性能混凝土在中小型海工工程上部結(jié)構(gòu)中的使用目前仍不是很廣泛，我們在本工程開工之初也考慮到了高性能混凝土的特殊性，但在進(jìn)行混凝土施工的過程中，仍發(fā)現(xiàn)了一些質(zhì)量問題，例如預(yù)制構(gòu)件拆模后表面氣泡較多，其中個別縱梁牛腿處出現(xiàn)了明顯裂紋等。

項目部在發(fā)現(xiàn)該問題后及時與施工班組、商品混凝土公司實驗室等一起分析原因，得出以下幾點：

（1）高效減水劑在水泥發(fā)生化學(xué)反應(yīng)中起到立體位阻效應(yīng)、潤滑效應(yīng)的時間較一般的減水劑作用時間更長，混凝土攪拌時間不足以及在混凝土快速澆筑振搗結(jié)束后，高效減水劑的作用時間仍處于峰值，產(chǎn)生了后續(xù)的氣泡，這也間接印證了現(xiàn)場所觀察到的高性能混凝土初凝時間大于常規(guī)的45分鐘，要達(dá)到60～90分鐘。

（2）預(yù)制構(gòu)件采用的多為整片的鋼模板，模板透水性、透氣性都較木模板差，采用的脫模劑為普通的色拉油，黏性較大。

（3）商品混凝土廠黃砂、碎石堆放區(qū)為循環(huán)堆放，下層余料未使用完，上層又進(jìn)行了堆放。循環(huán)往復(fù)，導(dǎo)致下層的粗細(xì)骨料的實際含泥量比試驗配比的含泥量高，在使用下層材料拌合的時候嚴(yán)重影響了高性能混凝土的和易性，經(jīng)振搗后容易發(fā)生離析現(xiàn)象，導(dǎo)致預(yù)制縱梁頂部浮漿較厚，出現(xiàn)了明顯的收縮裂縫。

找到原因后，項目部、商品混凝土廠家、作業(yè)班組均做了一下幾點改進(jìn)：

（1）高性能混凝土在攪拌時間上比常規(guī)混凝土攪拌延長30秒，使其更加均勻，高效減水劑與水泥的化學(xué)作用更加充分，混凝土運輸車到現(xiàn)場后，開動攪拌開關(guān)，高速強(qiáng)攪拌1～2分鐘再進(jìn)行卸料。

（2）選用水溶性好，黏性低的脫模劑，涂刷好后用棉紗再將脫模劑涂抹均勻，吸附多余的殘留物。

（3）施工時分層下料厚度由原來的50cm改為30cm，并分層振搗密實，針對初凝時間、高效減水劑化學(xué)作用時間較長的特點，每層澆筑間隙時間適當(dāng)拉長，單個構(gòu)件澆筑完成之后30min再進(jìn)行復(fù)振，將附著在模板上的水泡、氣泡再次上浮排出。

（4）高性能混凝土在澆筑完成后表面應(yīng)環(huán)境及水泥水化作用失水較多，容易出現(xiàn)假凝現(xiàn)象，從而導(dǎo)致混凝土表面產(chǎn)生收縮裂縫，因此在混凝土澆筑完成以后，進(jìn)行多次收光抹面，有效地防止表層裂紋。

（5）商品混凝土廠家嚴(yán)格控制砂石的含泥量和泥塊含量，對于堆場沉底的砂石料進(jìn)行淡水沖洗，晾干后方投入使用。

6 總結(jié)

由于對高性能混凝土的各項性能還不夠了解，因此在前期施工過程中出現(xiàn)了氣泡較多、表層裂縫等一些缺陷，這些缺陷不僅影響混凝土的觀感質(zhì)量，而且對混凝土的結(jié)構(gòu)性能和耐久性都存在不同程度的影響。通過各方原因的分析和改進(jìn)辦法的實施，總結(jié)出了高性能混凝土的質(zhì)量控制措施，后續(xù)高性能混凝土質(zhì)量有了明顯改觀。

高性能混凝土是在普通混凝土基礎(chǔ)上發(fā)展形成的，現(xiàn)有的部分高性能混凝土規(guī)范是在普通混凝土規(guī)范上修改得來的，國內(nèi)用于高性能混凝土的技術(shù)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)相對較少?，F(xiàn)行的技術(shù)規(guī)范側(cè)重于混凝土的強(qiáng)度和耐久性，對混凝土的工作性描述不夠詳盡。作為施工技術(shù)人員，我們要不斷更新自己的技術(shù)水平，提高對高性能混凝土的認(rèn)識，在施工過程中不斷總結(jié)，不斷積累，使高性能混凝土在水運工程中得到更好地應(yīng)用。

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