海工耐久性混凝土配合比研究

【摘　要】海工环境下钢筋混凝土结构的耐久性问题，已经引起工程界广泛关注，因此对影响混凝土耐久性的配合比的研究具有重要意义。本文首先简单介绍了海工混凝土的使用现状和配合比的重要影响，然后详细介绍了海工混凝土的原材料要求和具体的配合比设计，最后对海工耐久性混凝土的应用前景做综合展望。

【关键词】海工混凝土;耐久性;配合比

0.前言

随着国民经济的不断发展，社会建设工程数量和规模都在不断增长，对混凝土和钢筋等建筑材料的需求量和各方面性能要求都不断提高。混凝土作为建设工程中不可或缺的材料，耐久性是重要的性能要求之一，是保证混凝土结构在服役期间能够满足所需的个性性能的要求，也是混凝土结构发展的基础和主导。海工混凝土是一种针对海工的特殊环境下研发配制的一种混凝土，在进行配制时需要考虑海工环境下氯离子的侵蚀对耐久性的破坏。氯离子对钢筋的锈蚀是通过破坏钝化膜、形成腐蚀电池、去极化作用、导电作用等机理，进入的途径主要包括两种，一是配制混凝土时通过原材料掺入，二是通过混凝土的宏观和微观缺陷渗入。

影响海工混凝土耐久性的因素，可以概括为下列四个方面：配合比、原材料性能、外界的环境条件和施工的质量。其中外界的环境是人们较难掌控的因素，只能通过改善其他三个方面提高混凝土的耐久性以增强对外界环境的抵抗作用。本文主要针对配合比对海工混凝土耐久性的影响进行探讨和分析。

1.配制海工混凝土的原材料要求

1.1胶凝材料的要求

优质的胶凝材料是保证配制的混凝土具有足够耐久性的前提，不但能够改善混凝土的施工性和和易性，而且能够增强混凝土的密实度，从而提高混凝土的耐久性性能，同时还可以提高配置的混凝土强度。因此，为了保证配制的混凝土达到海工混凝土高耐久性的要求，配制采用的胶凝材料必须满足一定的要求。水泥要选用低碱优质的水泥，宜选用硅酸盐水泥，其质量必须符合通用的硅酸盐标准；掺合料要具有数量足够和性能优良的条件，可以选择采用优质的粉煤灰和粒化高炉矿渣粉、硅粉等矿物掺合料。复合型的胶凝材料是由上述二者复配而成的，相对于单一的水泥或者掺合料具有更优的性能，质量和技术指标要满足质量标准，掺入量要根据高性能混凝土要求进行试验确定。

1.2骨料的要求

海工混凝土的配合骨料包括细骨料和粗骨料两类，对这两者都具有一定的要求。细骨料主要是砂，其粒型、材质、级配等，都会影响混凝土的密实性、粘聚性和耐久性，海工混凝土一般选用质量较好的中砂，因为中砂的氯离子含量、含泥量较少，严禁使用海砂、山砂和风化严重的砂，并避免采用活性细骨料。粗骨料主要是石子，其品质对混凝土的强度、流动性、和易性和耐久性影响很大，在条件允许时优先选择级配碎石，不得使用具有碱活性的粗骨料。

1.3拌合用水的要求

海工混凝土的拌合用水必须符合《水运工程混凝土施工规范》的要求，因为当水中含有的有害杂质含量超标时，会严重影响混凝土的质量，加剧钢筋的锈蚀速度，进而降低混凝土的耐久性能。因此，在选用混凝土的拌合用水时，必须严格筛选和选择，尽量采用不含有影响水泥硬化、水泥正常凝结、促使钢筋锈蚀的饮用水，严禁使用海水用做配制混凝土的拌合用水，因为海水中含有大量的氯离子，而氯离子是影响混凝土耐久性的主要因素之一。

1.4化学外加剂的要求

要保证海工混凝土的耐久性，一般都需要采用低水胶比，这就要借助优质的高效减水剂来实现。所采用的化学外加剂质量必须符合《混凝土外加剂》等相关规范规定，同时使用方法还应符合一定的技术规范，氯离子的含量必须控制在一定范围内。减水剂首选的是聚羧酸系高性能减水剂，引气剂的质量和使用都要符合相关的技术规范，此外还需要采用具有多项功能的复合型外加剂，并测定其相容性。

2.海工混凝土的配合比设计

2.1配合比设计原则

海工混凝土的设计基本原则包括下列四个方面，分别是低用水量原则、浆骨比原则、最大堆积密度原则和适宜水胶比原则。

低用水量原则，是指在满足海工混凝土工作性的前提下，尽可能采用最少量的拌合水，以抑制混凝土的干缩。浆骨比原则，是指混凝土的含浆量必须符合一定的要求，如果含浆量过大会促进混凝土的收缩，就会对尺寸的稳定性产生不利影响，在实际工程中海工混凝土的含浆量不宜超过35%。最大堆积密度原则，是指采用级配良好的骨料，以使空隙率最小和堆积密度最大，这样可以减少浆体的使用量，从而减少用水量和水泥用量。适宜水胶比原则，是指水胶比不能过大或者过小，过大不能满足耐久性，过小则会导致混凝土自收缩和水热比的增大，也会影响混凝土的性能。

2.2配合比设计技术路线

配制海工混凝土，要充分发挥活性掺合料与高效减水剂的叠加效应，主要采用的是复合型高效减水剂，适当的引起也可以提高混凝土的抗冻性、泵送性和抗渗性，另一方面，矿物掺合料还可以节约资源、降低成本和保护生态环境。同时，还要控制水泥等原材料的性能，主要的技术路线从三个方面实现。第一，按耐久性要求进行确定原材料和水胶比，原材料包括胶凝材料、外加剂和其他原材料，水胶比的确定是根据力学性能和耐久性分析，力学性能包括强度和弹性模量等；第二，按施工要求的工作性设计，工作性包括可泵性、坍落度和坍落度损失，要满足粘聚性及保水性的要求；第三，按抗裂性的设计，主要是控制水泥与胶凝材料的用量。

2.3混凝土耐久性的试验方法

海工混凝土在总体上要满足工作性能优良、无宏观缺陷、体系密实和强度等设计要求，并兼具经济合理、质量稳定的性质。首先，原材料需要达到上述要求，其次混凝土的各项指标不仅要满足现行行业标准的设计要求，还要满足混凝土抗冻融性、混凝土电通量和氯离子扩散系统、混凝土碱含量等方面。混凝土配合比的效果是一般是通过试验确定的，试验方法要参照相关的规范规定。

混凝土的抗冻融性能的试验是必要的，因为抗冻融性是海工混凝土耐久性能的重要指标，尤其在北方较冷的地区，存在着大量的冻融危害。总之，在有冻融危害的施工位置，必须做混凝土抗冻融性能试验，试验方法参照JTJ270-98。混凝土通电量和氯离子扩散系数，是反应密实程度的重要指标，一方面表征了抵抗外界有害杂质离子的入侵能力，另一方面表征了混凝土抑制钢筋锈蚀的能力，分别体现出混凝土的寿命和钢筋的寿命，也就是反映了混凝土的耐久性，试验方法分别参照相应的试验标准。混凝土的碱含量是抑制碱-骨料反应的重要手段，应结合各原材料的含碱量综合考查和试验分析。2.4工程实例

工程概况如下：临海高等级公路如东段第五合同段位于如东县大豫镇境内，靠近221省道，途经九龙村、凌港村、东安科技园区、宁港公司等所在地，呈南北走向。本标段内有3座大桥，本工程范围内经过5道围海大堤，设计文件中本桥的桩基、系梁和盖梁的环境作用等级是D级，立柱的环境作用等级是E级，3条大河水深约3-5m，9条小河水深约1-3m，河流流量随季节性分配极不均匀，枯水期在11-4月份，最低水位1.0m，丰水期在5-10月份，最高水位2.5m，一般七、八月份的径流量占年径流量的60%-70%。如泰运河居线路中部，大多数河流基本上分布在北半段，纳潮河在南半段，沿线绝大部分地区鱼塘分布，鱼塘面积15亩-35亩左右，水深1.5m左右。全线路基采用双向四车道标准，设计时速100km/h。试配强度 fcuo=40+1.5*5=48.2Mpa

基准水灰比 W/C=（0.46*42.5）/（48.2+0.46*0.07*42.5）=0.39参照设计桥梁部分水胶比范围0.33-0.38，基准水胶比采用0.35

根据坍落度设计要求确定单位用水量 W=195Kg外加剂减水率按28%计算W=195*(1-0.28)=140，每立方水泥用量C=140/0.35=400kg

依据《公路工程混凝土结构防腐蚀技术规范》中的要求，粒化高炉矿渣粉掺量85Kg/m3粉煤灰掺量105Kg/m3水泥210 Kg/m3，砂率采用38%。

基准水胶比0.35：

3.总结

综上所述，海工混凝土是一种高性能混凝土，是海工环境中必不可少的混凝土原材料，也在工程建设的发展和扩大中起到非常重要的作用。如何通过配合比获得更高性能的海工混凝土，是进一步发展海工环境下的工程建设，是人们正在研究并将不断研究的方向。从原材料的质量入手，合理的配合比设计一般需要通过一系列的试验进行验证和比较分析，最后确定最合理的配合比。总之，海工混凝土的配合比是影响其耐久性的主要因素之一，对配合比的试验研究是确定最佳配合比，以配制出更加优良性能、使用范围更广的海工混凝土，研究和应用前景广阔。

【参考文献】

［１］刘兴军等.海工混凝土配合比设计浅谈[J].商品混凝土，2009.

［２］王成启.海工高性能混凝土配制技术[J].水运工程，2006.

［３］崔涛.配合比对海工混凝土耐久性影响的试验研究[D].烟台大学，2010.

［４］肖雪峰.海工耐久混凝土配合比设计研究[J].铁道建筑技术，2006.

［５］王冬松.杭州湾跨海大桥高性能海工混凝土配合比设计[J].公路，2009.

［６］蒋军辉等.大体积海工混凝土配合比的研究与应用[J].公路，2006.