海港工程高性能混凝土掺合料选择试验研究

胡成

（上海松腾混凝土制品有限公司，上海 201617）

0 引言

根据 JTS 257—2—2012《海港工程高性能混凝土质量控制标准》标准规定，对于海港工程钢筋混凝土和预应力混凝土结构，浪溅区应采用高性能混凝土，水位变动区和大气区根据需要可采用高性能混凝土[1]。

标准规定浪溅区高性能混凝土的技术指标见表 1。

表1 混凝土技术指标

JTS 257—2—2012《海港工程高性能混凝土质量控制标准》规定：试验用的混凝土试件，对掺加粉煤灰或粒化高炉矿渣粉的混凝土，应按标准养护条件下 56d 龄期的试验结果评定[1]。JTJ 275—2000《海港工程混凝土结构防腐蚀技术规范》规定：抗氯离子渗透性试验用的混凝土试件应在标准条件下养护 28d，试验应在 35d 内完成[2]。对掺加粉煤灰或粒化高炉矿渣粉的混凝土，可按 90d 龄期的试验结果评定[2]。

两个标准对于海港工程高性能混凝土技术指标要求一致，但是关于试件龄期要求并不一致，有 28d、56d、90d 龄期，可能导致混凝土抗氯离子渗透性评定不合格。本文主要探讨对混凝土配合比设计，及混凝土试件龄期的选择，判断混凝土抗氯离子渗透性评定比较合理的龄期，选择合适的掺合料品种及比例。

1 试验原材料

（1）水泥：江苏鹤林 P·O42.5 级，掺合料粉煤灰+矿粉掺量：5%+10%，C3A 含量 7.19%，其他物理化学性能见表 2，各项指标均符合 GB 175—2007《通用硅酸盐水泥》标准要求。

（2）粉煤灰：上海高热实业有限公司新宝粉煤灰综合利用厂 F 类 Ⅱ 级，其他物理化学性能见表 3，各项指标均符合 GB/T 1596—2005《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》标准中 F 类 Ⅱ 级要求。

表3 粉煤灰性能检测结果

（3）矿粉：日照京华新型建材有限公司 S95级，其他物理化学性能见表 4，各项指标均符合 GB/T 18046—2008《用于水泥和混凝土中的粒化高炉矿渣粉》标准中 S95 级要求。

表4 矿粉检测结果

（4）外加剂：江苏苏博特 PCA®-Ⅰ聚羧酸高性能减水剂，匀质性指标见表 5，各项指标均符合 GB 8076—2008《混凝土外加剂》标准要求。

表5 聚羧酸高性能减水剂检测结果

（5）硅灰：采用上海天凯微硅灰，比表面积19000m2/kg。

（6）骨料：粗骨料为湖州产碎石，级配 5～25mm，细骨料为福建砂，细度模数为 2.7 的中砂，其余性能指标均满足 JTS 202—2011《水运工程混凝土施工规范》要求。

2 混凝土配合比与试验方法

混凝土配合比坍落度设计 160～210mm；粉煤灰掺量为 15%、20%、25%，矿粉掺量为 15%、25%、20%、30%、35%、40%，硅灰掺量 6%、8%、10%，掺合料采用单掺及复掺，配合比参照 JGJ 55—2011《普通混凝土配合比设计规程》、JTS 202—2011《水运工程混凝土施工规范》。水胶比固定采用 0.34，具体配合比见表 6。

试验方法：高性能混凝土强度检测按 JTJ 270—98《水运工程混凝土试验规程》，抗氯离子性能用电通量表征，电通量检测按照 JTS 202—2—2011《水运工程混凝土控制标准》。抗氯离子渗透性试件采用 φ95×50圆柱体，试件全部采用标准养护[2]。电通量测试仪器采用北京耐尔得仪器设备有限公司 NEL-PEU 型混凝土电通量测定仪进行试验，通过 60V 恒定电压 6h，测得的总电量值以库仑为单位表示。

3 试验结果与分析

力学性能及电通量值见表 7（由于不是必要检测项目，C1～E5 组混凝土 90d 抗压强度未检测）。混凝土抗压强度对比图见图 1。

表6 混凝土配合比 kg/m3

由图 1 可知，在相同水胶比的情况下，不同掺合料对混凝土强度影响不同，粉煤灰的掺入对混凝土 28d 强度影响比较大，掺量越大，强度越低，随着龄期的增长，混凝土强度也在增长；矿粉的掺入对 28d 强度也有一定影响，随着龄期增长，强度增长也比较多，由于后期强度比纯水泥强度高；硅灰的掺入对混凝土强度影响明显。

混凝土抗氯离子渗透性能曲线图见图 2～6。

由图 2 可知使用纯水泥配制的混凝土电通量不能满足海港工程高性能混凝土要求；单掺粉煤灰 28d、56d龄期混凝土电通量都大于 1000C，只有粉煤灰掺量为25%，90d 龄期的混凝土电通量小于 1000C，满足海港工程高性能混凝土要求。

表7 力学性能及电通量值

由图 3 可知单掺矿粉 28d 混凝土电通量都大于1000C，矿粉掺量小于 30%、56d 龄期混凝土电通量都大于 1000C，只有矿粉掺量大于 30%，56d 龄期或矿粉掺量大于等于 25%，90d 龄期的混凝土电通量小于1000C，满足海港工程高性能混凝土要求。

由图 4 可知单掺硅灰能减小混凝土电通量，掺量为8%、10%，28d 龄期混凝土电通量都小于 1000C，硅灰掺量 6%、8%、10%，56d、90d 龄期混凝土电通量都小于 1000C，都满足海港工程高性能混凝土要求。

图1 抗压强度图

图2 单掺粉煤灰混凝土电通量

图3 单掺矿粉混凝土电通量

图4 单掺硅灰混凝土电通量

图5 粉煤灰与矿粉复掺混凝土电通量

图6 矿粉或粉煤灰与硅灰复掺混凝土电通量

由图 5 可知复掺矿粉、粉煤灰 28d 龄期混凝土电通量都大于 1000C，90d 龄期混凝土电通量都小于1000C，粉煤灰掺量 20%、25%，复掺矿粉掺量大于15%、56d 龄期混凝土电通量都小于 1000C，满足海港工程高性能混凝土要求。

由图 6 可知粉煤灰与硅灰复掺 28d 龄期混凝土电通量都大于 1000C，56d、90d 龄期混凝土电通量都小于 1000C，矿粉与硅灰复掺，28d、56d、90d 龄期混凝土电通量都小于 1000C，满足海港工程高性能混凝土要求。

由图 2～6 可知，试验编号为 C2、C3、D8、E3、E4、E5 配合比 28d 龄期混凝土电通量小于 1000C；试验编号为 B5、B6、C1、C2、C3、D4-D9、E1-E5 配合比 56d 龄期混凝土电通量小于 1000C；试验编号为A3、B3-B6、C1、C2、C3、D1-D9、E1-E5 配合比 90d龄期混凝土电通量小于 1000C，满足海港工程高性能混凝土要求。从图中可以看出混凝土 28d 龄期电通量满足要求不太容易，需要掺入 8%～10% 硅灰，或大量掺入矿粉和粉煤灰，或一定量的矿粉、粉煤灰和硅灰复掺才能满足要求；粉煤灰掺量 25%，矿粉掺量 25%～40%，硅灰掺量 6%～10%，粉煤灰掺量 20% 和矿粉掺量15%～25% 复掺，粉煤灰掺量 15%～20% 或矿粉掺量15%～25% 和 6% 硅灰复掺，混凝土 56d 龄期电通量符合要求；混凝土 90d 龄期电通量大于 1000C 的混凝土粉煤灰或矿粉掺量不大于 20%，掺合料掺量过小不能满足海港工程高性能混凝土要求。从试验结果来看三种掺合料对混凝土电通量影响大小为硅灰＞矿渣＞粉煤灰，两种复掺效果好于单掺，硅灰和矿粉复掺的效果明显。

4 结论

（1）海港高性能混凝土需掺入大量掺合料，宜复掺掺合料，采用两种或两种以上掺合料，混凝土抗氯离子效果比较好。

（2）混凝土龄期不宜采用 28d，宜采用 56d 或90d，从工程验收及经济性综合考虑，采用 56d 龄期对混凝土强度及抗氯离子渗透性验收比较合适，对工程工期影响最小。

（3）粉煤灰掺量 20%～25%，矿粉掺量 20%～40%，硅灰掺量 6%～8%，复合掺量 50% 结果比较好。

（4）根据试验结果采用粉煤灰掺量 20%，矿粉掺量 20% 的配合比应用于某军用港口 C50 高性能混凝土施工，龄期采用 56d 龄期评定，结果强度和电通量全部满足要求。