水運(yùn)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(yùn)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(diǎn)、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(yàn)。

關(guān)鍵詞：高性能混凝土；質(zhì)量控制；施工

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

1 工程概況

嵊泗縣沈家灣客運(yùn)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(diǎn)

本工程采用高性能混凝土，有其自身獨(dú)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(shí)，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(diǎn)。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(diǎn)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(gè)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(diǎn)，原來對(duì)普通混凝土影響不明顯的因素對(duì)于高性能混凝土就可能影響顯著，因此高性能混凝土對(duì)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(diǎn)控制以下幾點(diǎn)：

3.1 水泥

本工程高性能混凝土標(biāo)號(hào)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(huì)。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(shí)，不僅會(huì)影響高效減水劑的減水率，更重要的是會(huì)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(shí)間。另外，它摻量低、減水率高；增強(qiáng)效果顯著，坍落度經(jīng)時(shí)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(hào)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(shí)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(duì)砂石料的含泥量和泥塊含量（主要是泥塊對(duì)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(gè)主要原因，在試配試驗(yàn)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(yàn)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(diǎn)，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(dòng)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(jì)質(zhì)量控制

高性能混凝土配合比設(shè)計(jì)采用試驗(yàn)----計(jì)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(shí)并沒有混凝土強(qiáng)度統(tǒng)計(jì)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(jì)資料，對(duì)混凝土立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差進(jìn)行修正。

修正時(shí)，混凝土立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差按下式計(jì)算：<＼＼雜志＼水運(yùn)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(jì)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(jì)時(shí)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(jí)：≥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(jì)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(jì)要求的配合比。

5 高性能混凝土施工質(zhì)量控制

在試驗(yàn)室配置符合要求的高性能商品混凝土相對(duì)比較容易，但在整個(gè)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(huì)變得相當(dāng)敏感，這就要求在整個(gè)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(jì)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(gè)別縱梁牛腿處出現(xiàn)了明顯裂紋等。

項(xiàng)目部在發(fā)現(xiàn)該問題后及時(shí)與施工班組、商品混凝土公司實(shí)驗(yàn)室等一起分析原因，得出以下幾點(diǎn)：

（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(shí)間較一般的減水劑作用時(shí)間更長，混凝土攪拌時(shí)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(shí)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(shí)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(shí)際含泥量比試驗(yàn)配比的含泥量高，在使用下層材料拌合的時(shí)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(xiàng)目部、商品混凝土廠家、作業(yè)班組均做了一下幾點(diǎn)改進(jìn)：

（1）高性能混凝土在攪拌時(shí)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(yùn)輸車到現(xiàn)場后，開動(dòng)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(shí)分層下料厚度由原來的50cm改為30cm，并分層振搗密實(shí)，針對(duì)初凝時(shí)間、高效減水劑化學(xué)作用時(shí)間較長的特點(diǎn)，每層澆筑間隙時(shí)間適當(dāng)拉長，單個(gè)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(duì)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(duì)高性能混凝土的各項(xiàng)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(duì)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(shí)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(duì)較少。現(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(duì)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(duì)高性能混凝土的認(rèn)識(shí)，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(yùn)工程中得到更好地應(yīng)用。

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