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摘要：结合广深沿江高速公路(深圳段)第3合同段的实践经验，研究了外加剂、水胶比、砂率对混凝土强度、氯离子扩散系数变化的影响规律，为高性能海工混凝土配合比设计技术提供了技术支撑。
关键词：海工混凝土 水胶比 砂率 强度 氯离子扩散系数
一、前言
本工程为广深沿江高速公路深圳段第3合同段，大桥全长7134m，其中海上桥面长1857m，宽19.85m。海工混凝土处于比陆地上更为恶劣的环境，容易遭受海水中盐类(特别是氯盐)的侵蚀，导致钢筋锈蚀,从而使混凝土结构过早破坏，丧失耐久性，严重威胁其正常的使用寿命。因此，研究高性能海工混凝土具有极其重要的意义，是保证跨海大桥满足设计寿命极为关键的技术保证。本工程以耐久性作为设计目标，设计使用寿命100年。为了达到这一目标，除适当增加钢筋结构的混凝土保护层厚度外，更关键的还在于高性能混凝土能否达到设计指标。为了满足耐久性要求，进行了不同水胶比、砂率对混凝土强度及氯离子扩散系数的影响研究，制备出了高性能海工混凝土，并成功的应用于广深沿江高速公路深圳段第3合同段，取得了很好的效果。
(6) 水：饮用水。
高效减水剂与胶凝材料的相适性对混凝土流动性影响十分显著。如果高效减水剂与胶凝材料体系相适应，则会表现出好的作用效果；如果不适应，会导致混凝土塌落度损失较大，甚至出现离析、泌水等现象。从图1中可以看到，复掺聚羧酸减水剂和有机阻锈剂后，新拌混凝土的工作性能得到明显改善。相同条件下，复掺江苏博特聚羧酸减水剂和有机阻锈剂的新拌混凝土工作性能较仅单掺江苏博特聚羧酸减水剂更佳，说明该两种外加剂适应性好，复掺可以提高新拌混凝土的工作性能。相反，复掺上海马贝聚羧酸减水剂和有机阻锈剂的新拌混凝土工作性能比仅单掺上海马贝聚羧酸减水剂差，说明两者适应性差，不适宜于复掺。
图1 不同外加剂对新拌混凝土工作性能的影响
3.
在低水胶比情况下，混凝土抗压强度越高，其内部结构也更密实，抗氯离子渗透性能力更强。另外，混凝土中含气量的引入也是提高混凝土耐久性的主要措施之一，如掺有上海马贝减水剂试样抗压强度虽然最低，但其抗氯离子扩散性效果却是最好的。最后根据质量与经济性的双重要求，优选出了博特减水剂复掺阻锈剂的外加剂组合。
图3 砂率对新拌混凝土工作性的影响（这个图的横坐标？图4，图5也是）
从图4中可以看到随着砂率的增大，混凝土3天、28天的强度均是先增大后减小，当砂率为44%时强度达到最大，但砂率的变化对混凝土强度的影响不明显。这是因为在砂率低于44%时，粗集料之间的空隙未被填充密实，随着砂率的提高，孔隙率减少，混凝土更加密实，使强度提到提高；砂率高于44%以后，在相同水泥用量的条件下，在骨料表面的水泥浆量就相对变得少了，使骨料之间的胶结力下降，混凝土拌合物和易性也较差，使得混凝土的强度反而降低。
图4 砂率对混凝土性能的影响
图5 水胶比对新拌混凝土工作性的影响
水胶比决定水泥浆的稠度。水胶比越低，则水泥浆越稠，混凝土拌和物的流动性越小；反之，水胶比越高，水泥浆越稀，混凝土拌和物的流动性虽然大，但粘聚性和保水性却随之变差。在用水量一定的情况下，同时还要满足和易性，尽量把水胶比降到最低或者适当添加减水剂。从图3可以看出，随着水胶比的增大，新拌混凝土的坍落度先增大后减小，水胶比为0.34时混凝土工作性能最佳，原因是随着拌合水的增大，新拌混凝土流变性能也逐渐提高，但当水胶比达到0.36以上时，新拌混凝土出现离析泌水现象，特别是其1h经时坍落度损失较大，主要是因为静置长时间较长，泌水更严重。当水胶比范围在0.30~0.36之间时，1h经时坍落度反而增大，这和减水剂和水泥适应性实验结果是一致的。水胶比对混凝土强度的影响都是最大的，当水分蒸发后，在构件里会产生连通的空隙，使混凝土抗渗性不好，从而降低混凝土的强度，增大了氯离子的渗透性。从图6中可以看出在水胶比0.3-0.4范围内，混凝土强度与水胶比的倒数成线性关系，即水胶比越大，强度越小。水泥水化反应所需的水分大概只需要水泥重的25%，多余的水是用来产生流动性的，当混凝土凝固后这部分水就要蒸发留下空隙，造成混凝土密实性降低，强度也就低了。所以水分越少强度越高。水胶比小混凝土拌合困难，水胶比大强度低。在满足工作性要求下，可以选择水胶比为0.32-0.34。
图6 水胶比对混凝土强度的影响
表3 混凝土结构耐久性设计规范
设计使用年限100年50年
作用等级
侵入性指标DEDE
28d龄期氯离子扩散系数（10-12m2/s）≤7≤4≤10≤6
现场试件混凝土28d氯离子扩散系数检测结果见表4
表4 混凝土28氯离子扩散系数（10-12m2/s）
取样次数1234567
承台2.712
五、结论
1. 根据试验研究，通过参数调整和指标控制，配制出了高性能的海工混凝土被成功应用于广深沿江高速公路深圳段第3合同段。
2. 在低水胶比下，采用合适的高效减水剂和阻锈剂复掺技术，可配制得高性能海工混凝土。在外加剂的作用下，水胶比越低，混凝土抗压强度越高，其内部结构也更密实，抗氯离子渗透性能力更强。可以选择水胶比为0.32-0.34。
3. 在配制高性能海工混凝土的过程中，为了保证密实耐久性，必须选取合适的砂率。砂率在0.44时，新拌混凝土的综合工作性能最佳，混凝土强度最大。
参考文献：
叶青，汪佳佳，等.UEA掺量对混凝土抗氯子渗透性能的影响[J].建筑材料学报，2005,8(2): 192-196.
林忠斌，杨忠军，等.海工混凝土氯离子扩散系数的试验研究[J].混凝土，2008, (2):60-62.
[3 ] 李俊毅.论耐用100年以上海工混凝土的基本技术条件[J].水运工程，2002, (2):4-7.
“本文中所涉及到的图表、公式、注解等请以PDF格式阅读”
关键词：海工混凝土 水胶比 砂率 强度 氯离子扩散系数
一、前言
本工程为广深沿江高速公路深圳段第3合同段，大桥全长7134m，其中海上桥面长1857m，宽19.85m。海工混凝土处于比陆地上更为恶劣的环境，容易遭受海水中盐类(特别是氯盐)的侵蚀，导致钢筋锈蚀,从而使混凝土结构过早破坏，丧失耐久性，严重威胁其正常的使用寿命。因此，研究高性能海工混凝土具有极其重要的意义，是保证跨海大桥满足设计寿命极为关键的技术保证。本工程以耐久性作为设计目标，设计使用寿命100年。为了达到这一目标，除适当增加钢筋结构的混凝土保护层厚度外，更关键的还在于高性能混凝土能否达到设计指标。为了满足耐久性要求，进行了不同水胶比、砂率对混凝土强度及氯离子扩散系数的影响研究，制备出了高性能海工混凝土，并成功的应用于广深沿江高速公路深圳段第3合同段，取得了很好的效果。
二、原材料和试验方法
1、试验原材料
(1) 华润水泥：东莞华润水泥P.Ⅱ42.5，3d抗压强度24.6MPa，28d抗压强度50.4 MPa。
(2) 砂：广东西江砂，细度模数2.80，Ⅱ区中砂，含泥量1.4%。
(3) 碎石：惠州博罗金业石场，5～25mm连续级配，压碎值11.2%，含泥量0.2%，针片状7.4%。
(4) 粉煤灰：东莞沙角电厂，Ⅰ级，细度 8.6%(过45um的筛)，需水比 91%，烧失量1.85%。
(5) 外加剂:江苏博特新材料有限公司，减水率30.3%，7天抗压强度比 142%。马贝减水剂，阻锈剂(6) 水：饮用水。
2、测试方法
净浆流动度测试方法参考《混凝土外加剂均质性实验方法》GB/T 8077-2000中水泥静浆流动度实验；坍落度测试方法参考《水工混凝土实验规程》DL/T5150—2001中混凝土拌合物坍落度实验；抗压强度测试方法参考《水工混凝土实验规程》DL/T5150—2001中混凝土立方体抗压强度实验；氯离子扩散系数参考《公路工程混凝土结构防腐蚀技术规JTG/TB07-01-2006中混凝土抗氯离子渗透性标准实验方法—RCM法，通过实验期间测得的氯离子渗透深度来计算氯离子的扩散系数。三、试验结果与数据分析
3.1外加剂对高性能海工混凝土的影响
3.1.1外加剂对海工混凝土拌合物和易性的影响
现代混凝土的高性能化离不开高效减水剂，江苏博特、上海马贝都属于聚羧酸高效减水剂，能在水泥分散体系中吸附在水泥粒子的表面上，通过物理位阻作用，产生空间斥力，充分分散水泥颗粒，增大混凝土的流动性。从图1可以看出，空白样在没有掺入任何外加剂的情况下，即使水胶比提高到0.45，新拌混凝土的工作性能仍然较差，不能满足泵送混凝土坍落度须达到180~200mm的要求。而掺加江苏博特或上海马贝聚羧酸减水剂后，新拌混凝土的工作性能明显得到改善，达到泵送混凝土的设计要求，其中掺有上海马贝聚羧酸减水剂效果很好，掺量在1%时新拌混凝土初始坍落度即达到200mm以上；而掺有江苏博特聚羧酸减水剂较好，掺量在1%时新拌混凝土初始坍落度达到设计要求，且1h经时坍落度反而增大。从试验结果可以看出，对于同一种水泥，采用不同减水剂，混凝土的坍落度相差很大。高效减水剂与胶凝材料的相适性对混凝土流动性影响十分显著。如果高效减水剂与胶凝材料体系相适应，则会表现出好的作用效果；如果不适应，会导致混凝土塌落度损失较大，甚至出现离析、泌水等现象。从图1中可以看到，复掺聚羧酸减水剂和有机阻锈剂后，新拌混凝土的工作性能得到明显改善。相同条件下，复掺江苏博特聚羧酸减水剂和有机阻锈剂的新拌混凝土工作性能较仅单掺江苏博特聚羧酸减水剂更佳，说明该两种外加剂适应性好，复掺可以提高新拌混凝土的工作性能。相反，复掺上海马贝聚羧酸减水剂和有机阻锈剂的新拌混凝土工作性能比仅单掺上海马贝聚羧酸减水剂差，说明两者适应性差，不适宜于复掺。
图1 不同外加剂对新拌混凝土工作性能的影响
3.
1.2 外加剂对海工混凝土抗压强度及耐久性的影响
从下图2可以看出，随着养护龄期的延长，28d混凝土抗压强度均得到显著提高，其中掺有江苏博特减水剂试样各龄期抗压强度均大于空白样，而掺有上海马源于：毕业论文致谢怎么写www.udooo.com
贝减水剂试样各龄期抗压强度均小于空白样，原因是江苏博特减水剂有早强效果，而上海马贝有引气效果，这可以从钻心取样后试件表面气孔分布可以看出，对于混凝土的强度，封闭孔与贯通孔是没有区别的。因此随着含气量增加，混凝土的强度将有所降低，大量研究表明，混凝土含气量每增加1.0%，混凝土抗压强度降低约5%。与空白样相比，掺有上海马贝减水剂试样的水胶比虽然较低，但各龄期抗压强度反而较小。在低水胶比情况下，混凝土抗压强度越高，其内部结构也更密实，抗氯离子渗透性能力更强。另外，混凝土中含气量的引入也是提高混凝土耐久性的主要措施之一，如掺有上海马贝减水剂试样抗压强度虽然最低，但其抗氯离子扩散性效果却是最好的。最后根据质量与经济性的双重要求，优选出了博特减水剂复掺阻锈剂的外加剂组合。
3.2 砂率对高性能海工混凝土的影响
从图3可以看出，随着砂率的逐渐增大，新拌混凝土初始坍落度和1h经时坍落度均先增加后减小。砂率的变化可导致集料的空隙率和总表面的变化，混凝土拌和物的工作性亦随之产生变化。增大砂率，集料的空隙率和总表面积也随之增大，需要填充和胶结的水泥浆也就越多，混凝土拌和物就显得干稠，流动性小，从而浪费了水泥；当砂率低时，虽然集料的表面积减少，但由于砂浆量不足，不能在粗集料的周围形成足够的砂浆层来起润滑作用，因而使混凝土拌和物的流动性降低。更严重的是影响了混凝土拌和物的粘聚性和保水性，使拌和物显得干涩、水泥浆流失等不良现象，给施工造成困难。因此，应确定一个合理的砂率值。当砂率掺量在0.38~0.44之间时，1h经时坍落度反而有增大的趋势。从两者趋势可以看出，当砂率掺量在0.44时，新拌混凝土的综合工作性能最佳。图3 砂率对新拌混凝土工作性的影响（这个图的横坐标？图4，图5也是）
从图4中可以看到随着砂率的增大，混凝土3天、28天的强度均是先增大后减小，当砂率为44%时强度达到最大，但砂率的变化对混凝土强度的影响不明显。这是因为在砂率低于44%时，粗集料之间的空隙未被填充密实，随着砂率的提高，孔隙率减少，混凝土更加密实，使强度提到提高；砂率高于44%以后，在相同水泥用量的条件下，在骨料表面的水泥浆量就相对变得少了，使骨料之间的胶结力下降，混凝土拌合物和易性也较差，使得混凝土的强度反而降低。
图4 砂率对混凝土性能的影响
3.3水胶比对高性能海工混凝土的影响
图5 水胶比对新拌混凝土工作性的影响
水胶比决定水泥浆的稠度。水胶比越低，则水泥浆越稠，混凝土拌和物的流动性越小；反之，水胶比越高，水泥浆越稀，混凝土拌和物的流动性虽然大，但粘聚性和保水性却随之变差。在用水量一定的情况下，同时还要满足和易性，尽量把水胶比降到最低或者适当添加减水剂。从图3可以看出，随着水胶比的增大，新拌混凝土的坍落度先增大后减小，水胶比为0.34时混凝土工作性能最佳，原因是随着拌合水的增大，新拌混凝土流变性能也逐渐提高，但当水胶比达到0.36以上时，新拌混凝土出现离析泌水现象，特别是其1h经时坍落度损失较大，主要是因为静置长时间较长，泌水更严重。当水胶比范围在0.30~0.36之间时，1h经时坍落度反而增大，这和减水剂和水泥适应性实验结果是一致的。水胶比对混凝土强度的影响都是最大的，当水分蒸发后，在构件里会产生连通的空隙，使混凝土抗渗性不好，从而降低混凝土的强度，增大了氯离子的渗透性。从图6中可以看出在水胶比0.3-0.4范围内，混凝土强度与水胶比的倒数成线性关系，即水胶比越大，强度越小。水泥水化反应所需的水分大概只需要水泥重的25%，多余的水是用来产生流动性的，当混凝土凝固后这部分水就要蒸发留下空隙，造成混凝土密实性降低，强度也就低了。所以水分越少强度越高。水胶比小混凝土拌合困难，水胶比大强度低。在满足工作性要求下，可以选择水胶比为0.32-0.34。
图6 水胶比对混凝土强度的影响
四、现场应用情况
根据《混凝土结构耐久性设计规范》规定：现场取样的试样按混凝土抗氯离子渗透性标准实验方法—RCM法进行测试，承台、墩柱抗氯离子渗透性应符合表9的要求表3 混凝土结构耐久性设计规范
设计使用年限100年50年
作用等级
侵入性指标DEDE
28d龄期氯离子扩散系数（10-12m2/s）≤7≤4≤10≤6
现场试件混凝土28d氯离子扩散系数检测结果见表4
表4 混凝土28氯离子扩散系数（10-12m2/s）
取样次数1234567
承台2.712
1.9062.4320065792.194967
墩柱0.9961.3856952.0163082.328746
从表4可知，配制的海工混凝土28d氯离子扩散系数，完全满足《混凝土结构耐久性设计规范》中设计等级的要求。五、结论
1. 根据试验研究，通过参数调整和指标控制，配制出了高性能的海工混凝土被成功应用于广深沿江高速公路深圳段第3合同段。
2. 在低水胶比下，采用合适的高效减水剂和阻锈剂复掺技术，可配制得高性能海工混凝土。在外加剂的作用下，水胶比越低，混凝土抗压强度越高，其内部结构也更密实，抗氯离子渗透性能力更强。可以选择水胶比为0.32-0.34。
3. 在配制高性能海工混凝土的过程中，为了保证密实耐久性，必须选取合适的砂率。砂率在0.44时，新拌混凝土的综合工作性能最佳，混凝土强度最大。
参考文献：
叶青，汪佳佳，等.UEA掺量对混凝土抗氯子渗透性能的影响[J].建筑材料学报，2005,8(2): 192-196.
林忠斌，杨忠军，等.海工混凝土氯离子扩散系数的试验研究[J].混凝土，2008, (2):60-62.
[3 ] 李俊毅.论耐用100年以上海工混凝土的基本技术条件[J].水运工程，2002, (2):4-7.
“本文中所涉及到的图表、公式、注解等请以PDF格式阅读”