水运工程高性能混凝土质量控制

袁凯

摘 要：嵊泗县沈家湾客运中心二期工程海工结构中，采用高性能混凝土取代传统普通混凝土外加表层刷涂层防腐的形式。介绍了高性能混凝土的性能特点、材料选择、质量控制等。为大力推广在水工工程中的广泛应用积累了施工经验。

关键词：高性能混凝土；质量控制；施工

中图分类号：TV43 文献标识码：A 文章编号：1006—7973（2016）08-0070-03

1 工程概况

嵊泗县沈家湾客运中心二期工程位于洋山深水港区东部，背靠沈家湾岛，南部与筲箕岛、虎啸蛇岛隔水相望，属于典型的海港工程。码头建成后上部结构混凝土将长期处于海水环境中，海水中的氯离子渗透进入混凝土中引起钢筋锈蚀是导致混凝土耐久性降低的主要原因。为提高混凝土的耐久性，延长结构的合理使用年限，本工程上部结构采用高性能混凝土取代普通混凝土表层外加防腐涂层的结构形式。

2 高性能混凝土与防腐涂层混凝土比较的优点

本工程采用高性能混凝土，有其自身独特的性能：①抗氯离子渗透性强，普通混凝土抗氯离子渗透（c）≤2000，而高性能混凝土抗氯离子渗透（c）≤1000，能够满足结构受海水侵蚀的使用年限，国际上一些高性能混凝土大型桥梁的使用寿命甚至达到100年。②耐久性强，海港工程防止海水氯离子入侵的防腐涂层根据海水盐分的不同，涂层厚度有350μm、450μm 、550μm 不等，但是海港工程如使用不当，造成表层涂层破损，一些贝类生物长期附着生长在涂层表层也容易造成涂层脱落，失去了原有的效果，大大降低了结构的使用寿命。而高性能混凝土不受外界环境的变化和影响，使用年限长。③抗裂性能佳，高性能混凝土与普通混凝土相比，较不容易出现裂缝，同时，在大体积分层浇筑的情况下，上下层混凝土的施工缝不易因收缩而产生冷缝，能更好的保护钢筋免受氯离子侵袭。而涂层防腐很难做到这一点。④高体积稳定性----混凝土凝结前不分层、不离析，硬化后体积变化小。因此，高性能混凝土被认为是目前全世界性能最为全面的混凝土，至今已在不少重要工程中被采用，特别是在桥梁、高层建筑、海港建筑等工程。

虽然高性能混凝土优点突出，但是影响高性能混凝土性能的因素也很多，结合工程情况主要从以下几个方面探讨混凝土的质量控制。

3 高性能混凝土原材料质量控制

高性能混凝土组成材料中，除了与普通混凝土类似的组成材料----水泥、水、砂、石以外，高效减水剂和矿物质掺合料是不可或缺的组分。由于高性能混凝土要求和配置的特点，原来对普通混凝土影响不明显的因素对于高性能混凝土就可能影响显著，因此高性能混凝土对所用原材料的要求与普通混凝土相比有所不同。原材料在满足规范要求的前提下还应重点控制以下几点：

3.1 水泥

本工程高性能混凝土标号为C45，所选用的是富力牌P.O42.5普通硅酸盐水泥，产地：上海建筑材料集团水泥有限公司。该水泥为中热硅酸盐水泥，活性高，流变性能好，其标准稠度用水量较低，为26.6%，能使混凝土在较低水灰比下具有良好的工作性，并可以降低水泥的水化热，提高混凝土的体积稳定性，减少温度裂缝的产生机会。水泥与高效减水剂应具有良好的相容性，特别是在低水胶比的高性能混凝土中，相容性问题就更加突出。水泥与高效减水剂的相容性不好时，不仅会影响高效减水剂的减水率，更重要的是会造成混凝土严重的坍落度损失。

3.2 高效减水剂

高性能混凝土的外加剂通常选用聚羧酸高效减水剂，它是第三代液体减水剂，与硅酸盐水泥的相容性好，能很好的保持混凝土的坍落度，延长混凝土的施工时间。另外，它掺量低、减水率高；增强效果显著，坍落度经时损失低、氯离子含量低、碱含量低，有利于混凝土的耐久性。本工程选用的聚羧酸高效减水剂型号为LDY-2S，减水率为19%，大于规范规定的14%，起到更好的减水效果，同时氯离子含量为0.01%，碱含量1.0%，完全能满足配制高性能混凝土所需。

3.3 粗细骨料

聚羧酸系高性能减水剂对砂石料的含泥量和泥块含量（主要是泥块对外加剂的吸附性）相当敏感，砂石料的含泥量须比拌合普通混凝土的含泥量更低，含泥量的高低是影响混凝土坍落度损失的一个主要原因，在试配试验中发现，一旦含泥量过高，拌合料在搅拌过程中高效减水剂被泥吸附，失去了与水泥化合反应的性能，导致混凝土变干、变硬，失去了工作性能。因此，商品混凝土厂家采购的黄砂为优质赣江砂，含泥量为0.6%，泥块含量为0.2%，经试验检测，均能达到Ι、Ⅱ类标准，碎石含泥量为0.5%，泥块含量为0.2%，也达到Ι、Ⅱ类标准。粗骨料粒径的选择按照最大公称粒径选择的原则：质量相同的石子，粒径越大，总表面积越小，越节约水泥，随着粗骨料粒径的增加，混凝土的工作性、力学性能、耐久性都逐渐下降。本工程采用的石子粒径为5～25mm，最大粒径小于常规的31.5mm。

3.4 矿物掺合料

优质的粉煤灰、矿粉等矿物掺合料，具有需水量小、早期活性低、黏聚性好等优点，用适量的矿物掺合料替代水泥掺入混凝土中，可明显提高混凝土的流动性、黏聚性，防止泌水离析，降低坍落度损失，从而提高新拌混凝土的工作性能，并可以降低混凝土的温度应力，从而减少由于温差而引起的开裂倾向。

4 高性能混凝土配合比设计质量控制

高性能混凝土配合比设计采用试验----计算法，其配置强度的确定原则与普通混凝土相同，即按下式确定：

由于工程开工时并没有混凝土强度统计资料，所以混凝土立方体抗压强度标准差可按表1混凝土抗压强度标准差的平均水平选取。开工后再尽快积累统计资料，对混凝土立方体抗压强度标准差进行修正。

修正时，混凝土立方体抗压强度标准差按下式计算：<＼＼杂志＼水运杂志＼第八期＼待排＼工程技术＼QQ图片20160812134124.png>

式中：σ---混凝土立方体抗压强度标准差（MPa）；fcu，i---第i组混凝土立方体抗压强度（MPa）；n---统计批内的试件组数，n≥25；m----n组混凝土立方体抗压强度的平均值（MPa）。

本工程高性能混凝土强度为C45，在配合比设计时还应满足如下要求：胶凝材料：≥400kg/m3；水胶比：≤0.35；塌落度：140±20mm；强度等级：≥C45；抗氯离子渗透性：≤1000库仑等要求，高性能混凝土配合比在按照要求的工作性能、力学性能、耐久性能进行初步设计和试配后，再根据试配结果进行必要的调整，最终确定满足设计要求的配合比。

5 高性能混凝土施工质量控制

在试验室配置符合要求的高性能商品混凝土相对比较容易，但在整个施工过程中，控制高性能混凝土的质量水平则较为困难。一些在普通情况下不太敏感的因素，在低水胶比的情况下会变得相当敏感，这就要求在整个施工过程中，必须注意各种条件、因素的变化而导致的混凝土质量不能满足设计要求。

高性能混凝土在中小型海工工程上部结构中的使用目前仍不是很广泛，我们在本工程开工之初也考虑到了高性能混凝土的特殊性，但在进行混凝土施工的过程中，仍发现了一些质量问题，例如预制构件拆模后表面气泡较多，其中个别纵梁牛腿处出现了明显裂纹等。

项目部在发现该问题后及时与施工班组、商品混凝土公司实验室等一起分析原因，得出以下几点：

（1）高效减水剂在水泥发生化学反应中起到立体位阻效应、润滑效应的时间较一般的减水剂作用时间更长，混凝土搅拌时间不足以及在混凝土快速浇筑振捣结束后，高效减水剂的作用时间仍处于峰值，产生了后续的气泡，这也间接印证了现场所观察到的高性能混凝土初凝时间大于常规的45分钟，要达到60～90分钟。

（2）预制构件采用的多为整片的钢模板，模板透水性、透气性都较木模板差，采用的脱模剂为普通的色拉油，黏性较大。

（3）商品混凝土厂黄砂、碎石堆放区为循环堆放，下层余料未使用完，上层又进行了堆放。循环往复，导致下层的粗细骨料的实际含泥量比试验配比的含泥量高，在使用下层材料拌合的时候严重影响了高性能混凝土的和易性，经振捣后容易发生离析现象，导致预制纵梁顶部浮浆较厚，出现了明显的收缩裂缝。

找到原因后，项目部、商品混凝土厂家、作业班组均做了一下几点改进：

（1）高性能混凝土在搅拌时间上比常规混凝土搅拌延长30秒，使其更加均匀，高效减水剂与水泥的化学作用更加充分，混凝土运输车到现场后，开动搅拌开关，高速强搅拌1～2分钟再进行卸料。

（2）选用水溶性好，黏性低的脱模剂，涂刷好后用棉纱再将脱模剂涂抹均匀，吸附多余的残留物。

（3）施工时分层下料厚度由原来的50cm改为30cm，并分层振捣密实，针对初凝时间、高效减水剂化学作用时间较长的特点，每层浇筑间隙时间适当拉长，单个构件浇筑完成之后30min再进行复振，将附着在模板上的水泡、气泡再次上浮排出。

（4）高性能混凝土在浇筑完成后表面应环境及水泥水化作用失水较多，容易出现假凝现象，从而导致混凝土表面产生收缩裂缝，因此在混凝土浇筑完成以后，进行多次收光抹面，有效地防止表层裂纹。

（5）商品混凝土厂家严格控制砂石的含泥量和泥块含量，对于堆场沉底的砂石料进行淡水冲洗，晾干后方投入使用。

6 总结

由于对高性能混凝土的各项性能还不够了解，因此在前期施工过程中出现了气泡较多、表层裂缝等一些缺陷，这些缺陷不仅影响混凝土的观感质量，而且对混凝土的结构性能和耐久性都存在不同程度的影响。通过各方原因的分析和改进办法的实施，总结出了高性能混凝土的质量控制措施，后续高性能混凝土质量有了明显改观。

高性能混凝土是在普通混凝土基础上发展形成的，现有的部分高性能混凝土规范是在普通混凝土规范上修改得来的，国内用于高性能混凝土的技术规范和标准相对较少。现行的技术规范侧重于混凝土的强度和耐久性，对混凝土的工作性描述不够详尽。作为施工技术人员，我们要不断更新自己的技术水平，提高对高性能混凝土的认识，在施工过程中不断总结，不断积累，使高性能混凝土在水运工程中得到更好地应用。

参考文献：

[1]林云雁，周小冬.混凝土构件表面产生气泡原因及防治措施[A].大众科学，2009.8

[2]邰德龙，陈玉彬，严永兵.砂石含泥量对中低强混凝土高性能化的影响[B].工程质量，2009

[3]高效减水剂的作用及原理，2009