深圳滨海医院高性能混凝土技术与应用

龚守同 董必钦

1 工程背景

深圳市滨海医院位于深圳市滨海大道与侨城东路交口/深圳湾填海区16号地块,建设场地原始地貌单元为海湾潮间带,于2000年前后围堤填海。建筑物由9栋多层框架结构的楼房及辅助设施组成,占地面积为19.2万m2,建筑面积为35万m2。本工程场地类别Ⅱ类,地震设防烈度7度,医技及住院部分抗震措施按8度考虑。建筑物设计使用年限为50年。对处于深圳湾海域的滨海医院工程,在混凝土结构建设过程中,如果对严重环境“荷载”作用下的耐久性问题考虑不全面,必然会由于结构缺陷(不一定影响安全性)导致初期的电化学腐蚀产生,随时间推移不断形成新的结构损伤,以致钢筋混凝土结构未达到预定的使用寿命(设计要求50年)就进入性能劣化阶段,从而过早地开始结构维修加固阶段,影响结构的正常使用,最终导致混凝土结构安全性不足[1-3]。本文主要研究了适应地道结构近海腐蚀环境的高性能混凝土性能指标及技术要求,并根据研究结果,对深港西部通道侧接线隧道工程中的实践应用的高性能混凝土进行了验证和评估。

2 深圳市滨海医院工程高性能混凝土设计原则

1)试验原材料。水泥：海星小野田P.O42.5;粉煤灰：妈湾电厂Ⅱ级灰;外加剂：“五山”N型高效减水剂;细集料：河砂,表观密度为2.63 g/cm3,含泥量为1.1%,泥块含量为0.4%,细度模数为2.9,Ⅱ区中砂;粗集料：深圳安托山采石场,花岗岩,最大粒径为25 mm,表观密度2.64 g/cm3。

2)混凝土配合比。混凝土配合比见表1。

表1 混凝土配合比

3)土材料性能试验结果。以抗压强度及混凝土抵抗氯离子进入混凝土内部的氯离子扩散系数为主要指标。混凝土抗压强度试验结果见表2。大量研究资料表明,随着使用周期的延长,大掺量粉煤灰混凝土的强度会始终有增加的趋势。此外,28 d龄期的时候,水胶比0.45的试样强度均能达到40 MPa以上;而0.35及0.40的试样,其强度均在50 MPa之上,能满足一般混凝土结构设计计算时对混凝土抗压强度的要求。

图1显示的是不同龄期,各个混凝土试件的氯离子扩散系数变化,表明了水胶比对氯离子扩散系数有明显的影响。

表2 混凝土抗压强度 MPa

此外,混凝土的氯离子扩散系数随龄期的增长而降低,在早龄期(如28 d～56 d)时降幅较大,随后降幅减缓;同时,随着粉煤灰掺量的增加,其降低的幅度更为明显。因此,如以28 d的氯离子扩散系数来评价混凝土的渗透性,可能低估了粉煤灰掺量较大的混凝土的抗氯离子渗透能力,以56 d或90 d的氯离子扩散系数为控制指标可能更为合理。

3 滨海医院高性能混凝土技术要求

3.1 提高混凝土结构耐久性的技术措施

1)高性能混凝土应用技术：混凝土材料要求、特种混凝土、提高混凝土性能的外加剂等。基于环境作用的高性能混凝土优化设计,对裂缝控制、抗渗性等性能的考虑,包括：骨料性质、水泥性质、拌合用水、外加剂及混凝土的配合比等。2)基于耐久性的混凝土结构附加措施：在局部环境“荷载”作用严重且使用过程中维修较困难处,提出有机涂料、浸渍硅烷、涂层钢筋、阻锈剂及电化学保护等的附加措施。

3.2 混凝土材料性能要求

1)水胶比不大于 0.40,拌合用水量不大于160 kg/m3。2)最小胶凝材料用量400 kg/m3,粉煤灰用量为胶凝材料总量的30%或者40%;在满足单方混凝土中胶凝材料最低用量要求的前提下,尽可能降低胶凝材料中的硅酸盐水泥用量。3)用作矿物掺合料的粉煤灰应选用CaO含量不大于10%的低钙灰。4)混凝土配制中不应使用含有氯化物的外加剂。混凝土中氯离子的最大含量(单位体积混凝土中氯离子与胶凝材料的重量比)不超过0.1%(28 d水溶值)。5)宜掺入少量钢筋阻锈剂(10 L/m3),不得采用亚硝酸盐类的阻锈剂。

3.3 其他原材料性能及养护要求

1)采用无潜在碱活性的骨料,最大骨料粒径25 mm,并采用单粒级石子两级配或三级配投料。2)采取相应措施严格混凝土用砂,避免在开采、运输、堆放和生产过程中遭受海水污染和混用海砂。3)水泥含碱量(按Na2O当量计)不超过0.6%,或者混凝土内的总含碱量不超过3.5 kg/m。4)混凝土从浇筑就位开始就应持续加湿养护不得少于7 d。5)在覆盖湿毛毡类织物后除应加水保持湿润外,尚应罩上不透气的塑料薄膜。在加湿养护结束后仍应采取适当的措施继续保湿一段时间(如涂刷养护剂)。6)混凝土的入模温度,以混凝土内部最高温度不能超过75℃,混凝土内外之差不大于15℃为原则。7)混凝土构件(采用混凝土A及混凝土B浇筑的部位)出现的纵、横向微裂缝,即使不影响构件承载能力,也必须完全将裂缝封闭后(环氧树脂等),方可正常使用。

4 结语

1)混凝土配比试验结果表明,依据耐久性设计规范以及工程经验课题提出的高性能混凝土强度等级、抗渗等级等性能指标,经配比优化,具有可能性。2)以混凝土抗压强度、氯离子渗透系数为指标,提出了掺粉煤灰配比优化建议。3)基于研究结果,提高混凝土结构耐久性的技术措施主要包括两个方面,首先是基本措施：最大限度地提高混凝土自身的防护能力,即采用高性能混凝土技术;第二是附加措施：严重环境作用等级下,强化对钢筋的保护、弥补混凝土保护能力的不足。

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