深圳濱海醫院高性能混凝土技術與應用

龔守同 董必欽

1 工程背景

深圳市濱海醫院位于深圳市濱海大道與僑城東路交口/深圳灣填海區16號地塊,建設場地原始地貌單元為海灣潮間帶,于2000年前后圍堤填海。建筑物由9棟多層框架結構的樓房及輔助設施組成,占地面積為19.2萬m2,建筑面積為35萬m2。本工程場地類別Ⅱ類,地震設防烈度7度,醫技及住院部分抗震措施按8度考慮。建筑物設計使用年限為50年。對處于深圳灣海域的濱海醫院工程,在混凝土結構建設過程中,如果對嚴重環境“荷載”作用下的耐久性問題考慮不全面,必然會由于結構缺陷(不一定影響安全性)導致初期的電化學腐蝕產生,隨時間推移不斷形成新的結構損傷,以致鋼筋混凝土結構未達到預定的使用壽命(設計要求50年)就進入性能劣化階段,從而過早地開始結構維修加固階段,影響結構的正常使用,最終導致混凝土結構安全性不足[1-3]。本文主要研究了適應地道結構近海腐蝕環境的高性能混凝土性能指標及技術要求,并根據研究結果,對深港西部通道側接線隧道工程中的實踐應用的高性能混凝土進行了驗證和評估。

2 深圳市濱海醫院工程高性能混凝土設計原則

1)試驗原材料。水泥：海星小野田P.O42.5;粉煤灰：媽灣電廠Ⅱ級灰;外加劑：“五山”N型高效減水劑;細集料：河砂,表觀密度為2.63 g/cm3,含泥量為1.1%,泥塊含量為0.4%,細度模數為2.9,Ⅱ區中砂;粗集料：深圳安托山采石場,花崗巖,最大粒徑為25 mm,表觀密度2.64 g/cm3。

2)混凝土配合比。混凝土配合比見表1。

表1 混凝土配合比

3)土材料性能試驗結果。以抗壓強度及混凝土抵抗氯離子進入混凝土內部的氯離子擴散系數為主要指標。混凝土抗壓強度試驗結果見表2。大量研究資料表明,隨著使用周期的延長,大摻量粉煤灰混凝土的強度會始終有增加的趨勢。此外,28 d齡期的時候,水膠比0.45的試樣強度均能達到40 MPa以上;而0.35及0.40的試樣,其強度均在50 MPa之上,能滿足一般混凝土結構設計計算時對混凝土抗壓強度的要求。

圖1顯示的是不同齡期,各個混凝土試件的氯離子擴散系數變化,表明了水膠比對氯離子擴散系數有明顯的影響。

表2 混凝土抗壓強度 MPa

此外,混凝土的氯離子擴散系數隨齡期的增長而降低,在早齡期(如28 d～56 d)時降幅較大,隨后降幅減緩;同時,隨著粉煤灰摻量的增加,其降低的幅度更為明顯。因此,如以28 d的氯離子擴散系數來評價混凝土的滲透性,可能低估了粉煤灰摻量較大的混凝土的抗氯離子滲透能力,以56 d或90 d的氯離子擴散系數為控制指標可能更為合理。

3 濱海醫院高性能混凝土技術要求

3.1 提高混凝土結構耐久性的技術措施

1)高性能混凝土應用技術：混凝土材料要求、特種混凝土、提高混凝土性能的外加劑等。基于環境作用的高性能混凝土優化設計,對裂縫控制、抗滲性等性能的考慮,包括：骨料性質、水泥性質、拌合用水、外加劑及混凝土的配合比等。2)基于耐久性的混凝土結構附加措施：在局部環境“荷載”作用嚴重且使用過程中維修較困難處,提出有機涂料、浸漬硅烷、涂層鋼筋、阻銹劑及電化學保護等的附加措施。

3.2 混凝土材料性能要求

1)水膠比不大于 0.40,拌合用水量不大于160 kg/m3。2)最小膠凝材料用量400 kg/m3,粉煤灰用量為膠凝材料總量的30%或者40%;在滿足單方混凝土中膠凝材料最低用量要求的前提下,盡可能降低膠凝材料中的硅酸鹽水泥用量。3)用作礦物摻合料的粉煤灰應選用CaO含量不大于10%的低鈣灰。4)混凝土配制中不應使用含有氯化物的外加劑。混凝土中氯離子的最大含量(單位體積混凝土中氯離子與膠凝材料的重量比)不超過0.1%(28 d水溶值)。5)宜摻入少量鋼筋阻銹劑(10 L/m3),不得采用亞硝酸鹽類的阻銹劑。

3.3 其他原材料性能及養護要求

1)采用無潛在堿活性的骨料,最大骨料粒徑25 mm,并采用單粒級石子兩級配或三級配投料。2)采取相應措施嚴格混凝土用砂,避免在開采、運輸、堆放和生產過程中遭受海水污染和混用海砂。3)水泥含堿量(按Na2O當量計)不超過0.6%,或者混凝土內的總含堿量不超過3.5 kg/m。4)混凝土從澆筑就位開始就應持續加濕養護不得少于7 d。5)在覆蓋濕毛氈類織物后除應加水保持濕潤外,尚應罩上不透氣的塑料薄膜。在加濕養護結束后仍應采取適當的措施繼續保濕一段時間(如涂刷養護劑)。6)混凝土的入模溫度,以混凝土內部最高溫度不能超過75℃,混凝土內外之差不大于15℃為原則。7)混凝土構件(采用混凝土A及混凝土B澆筑的部位)出現的縱、橫向微裂縫,即使不影響構件承載能力,也必須完全將裂縫封閉后(環氧樹脂等),方可正常使用。

4 結語

1)混凝土配比試驗結果表明,依據耐久性設計規范以及工程經驗課題提出的高性能混凝土強度等級、抗滲等級等性能指標,經配比優化,具有可能性。2)以混凝土抗壓強度、氯離子滲透系數為指標,提出了摻粉煤灰配比優化建議。3)基于研究結果,提高混凝土結構耐久性的技術措施主要包括兩個方面,首先是基本措施：最大限度地提高混凝土自身的防護能力,即采用高性能混凝土技術;第二是附加措施：嚴重環境作用等級下,強化對鋼筋的保護、彌補混凝土保護能力的不足。

[1]陳肇元.土建結構工程的安全性與耐久性[M].北京：中國建筑工業出版社,2003.

[2]姚 燕.新型高性能混凝土耐久性的研究與工程應用[M].北京：中國建材工業出版社,2004.

[3]洪乃豐.基礎設施腐蝕防護與耐久性[M].北京：化學工業出版社,2003.

[4]洪定海.混凝土中鋼筋的腐蝕與保護[M].北京：中國鐵道出版社,1998.

[5]李 田,劉西拉.混凝土結構耐久性分析與設計[M].北京：科學出版社,1999.

[6]彭棟木,章友俊.新橋梁規范下的橋梁結構耐久性設計[J].市政技術,2006(10)：20-21.

[7]吳中偉,廉慧珍.高性能混凝土[M].北京：中國鐵道出版社,1999.

[8]王勝年,潘德強.海工混凝土的長期耐久性研究[J].水運工程,2001(6)：44-46.