龔守同 董必欽

1 工程背景

深圳市濱海醫(yī)院位于深圳市濱海大道與僑城東路交口/深圳灣填海區(qū)16號地塊,建設(shè)場地原始地貌單元為海灣潮間帶,于2000年前后圍堤填海。建筑物由9棟多層框架結(jié)構(gòu)的樓房及輔助設(shè)施組成,占地面積為19.2萬m2,建筑面積為35萬m2。本工程場地類別Ⅱ類,地震設(shè)防烈度7度,醫(yī)技及住院部分抗震措施按8度考慮。建筑物設(shè)計使用年限為50年。對處于深圳灣海域的濱海醫(yī)院工程,在混凝土結(jié)構(gòu)建設(shè)過程中,如果對嚴(yán)重環(huán)境“荷載”作用下的耐久性問題考慮不全面,必然會由于結(jié)構(gòu)缺陷(不一定影響安全性)導(dǎo)致初期的電化學(xué)腐蝕產(chǎn)生,隨時間推移不斷形成新的結(jié)構(gòu)損傷,以致鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)未達(dá)到預(yù)定的使用壽命(設(shè)計要求50年)就進(jìn)入性能劣化階段,從而過早地開始結(jié)構(gòu)維修加固階段,影響結(jié)構(gòu)的正常使用,最終導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)安全性不足[1-3]。本文主要研究了適應(yīng)地道結(jié)構(gòu)近海腐蝕環(huán)境的高性能混凝土性能指標(biāo)及技術(shù)要求,并根據(jù)研究結(jié)果,對深港西部通道側(cè)接線隧道工程中的實踐應(yīng)用的高性能混凝土進(jìn)行了驗證和評估。

2 深圳市濱海醫(yī)院工程高性能混凝土設(shè)計原則

1)試驗原材料。水泥：海星小野田P.O42.5;粉煤灰：媽灣電廠Ⅱ級灰;外加劑：“五山”N型高效減水劑;細(xì)集料：河砂,表觀密度為2.63 g/cm3,含泥量為1.1%,泥塊含量為0.4%,細(xì)度模數(shù)為2.9,Ⅱ區(qū)中砂;粗集料：深圳安托山采石場,花崗巖,最大粒徑為25 mm,表觀密度2.64 g/cm3。

2)混凝土配合比?；炷僚浜媳纫姳?。

表1 混凝土配合比

3)土材料性能試驗結(jié)果。以抗壓強(qiáng)度及混凝土抵抗氯離子進(jìn)入混凝土內(nèi)部的氯離子擴(kuò)散系數(shù)為主要指標(biāo)。混凝土抗壓強(qiáng)度試驗結(jié)果見表2。大量研究資料表明,隨著使用周期的延長,大摻量粉煤灰混凝土的強(qiáng)度會始終有增加的趨勢。此外,28 d齡期的時候,水膠比0.45的試樣強(qiáng)度均能達(dá)到40 MPa以上;而0.35及0.40的試樣,其強(qiáng)度均在50 MPa之上,能滿足一般混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計計算時對混凝土抗壓強(qiáng)度的要求。

圖1顯示的是不同齡期,各個混凝土試件的氯離子擴(kuò)散系數(shù)變化,表明了水膠比對氯離子擴(kuò)散系數(shù)有明顯的影響。

表2 混凝土抗壓強(qiáng)度 MPa

此外,混凝土的氯離子擴(kuò)散系數(shù)隨齡期的增長而降低,在早齡期(如28 d～56 d)時降幅較大,隨后降幅減緩;同時,隨著粉煤灰摻量的增加,其降低的幅度更為明顯。因此,如以28 d的氯離子擴(kuò)散系數(shù)來評價混凝土的滲透性,可能低估了粉煤灰摻量較大的混凝土的抗氯離子滲透能力,以56 d或90 d的氯離子擴(kuò)散系數(shù)為控制指標(biāo)可能更為合理。

3 濱海醫(yī)院高性能混凝土技術(shù)要求

3.1 提高混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的技術(shù)措施

1)高性能混凝土應(yīng)用技術(shù)：混凝土材料要求、特種混凝土、提高混凝土性能的外加劑等?；诃h(huán)境作用的高性能混凝土優(yōu)化設(shè)計,對裂縫控制、抗?jié)B性等性能的考慮,包括：骨料性質(zhì)、水泥性質(zhì)、拌合用水、外加劑及混凝土的配合比等。2)基于耐久性的混凝土結(jié)構(gòu)附加措施：在局部環(huán)境“荷載”作用嚴(yán)重且使用過程中維修較困難處,提出有機(jī)涂料、浸漬硅烷、涂層鋼筋、阻銹劑及電化學(xué)保護(hù)等的附加措施。

3.2 混凝土材料性能要求

1)水膠比不大于 0.40,拌合用水量不大于160 kg/m3。2)最小膠凝材料用量400 kg/m3,粉煤灰用量為膠凝材料總量的30%或者40%;在滿足單方混凝土中膠凝材料最低用量要求的前提下,盡可能降低膠凝材料中的硅酸鹽水泥用量。3)用作礦物摻合料的粉煤灰應(yīng)選用CaO含量不大于10%的低鈣灰。4)混凝土配制中不應(yīng)使用含有氯化物的外加劑?；炷林新入x子的最大含量(單位體積混凝土中氯離子與膠凝材料的重量比)不超過0.1%(28 d水溶值)。5)宜摻入少量鋼筋阻銹劑(10 L/m3),不得采用亞硝酸鹽類的阻銹劑。

3.3 其他原材料性能及養(yǎng)護(hù)要求

1)采用無潛在堿活性的骨料,最大骨料粒徑25 mm,并采用單粒級石子兩級配或三級配投料。2)采取相應(yīng)措施嚴(yán)格混凝土用砂,避免在開采、運(yùn)輸、堆放和生產(chǎn)過程中遭受海水污染和混用海砂。3)水泥含堿量(按Na2O當(dāng)量計)不超過0.6%,或者混凝土內(nèi)的總含堿量不超過3.5 kg/m。4)混凝土從澆筑就位開始就應(yīng)持續(xù)加濕養(yǎng)護(hù)不得少于7 d。5)在覆蓋濕毛氈類織物后除應(yīng)加水保持濕潤外,尚應(yīng)罩上不透氣的塑料薄膜。在加濕養(yǎng)護(hù)結(jié)束后仍應(yīng)采取適當(dāng)?shù)拇胧├^續(xù)保濕一段時間(如涂刷養(yǎng)護(hù)劑)。6)混凝土的入模溫度,以混凝土內(nèi)部最高溫度不能超過75℃,混凝土內(nèi)外之差不大于15℃為原則。7)混凝土構(gòu)件(采用混凝土A及混凝土B澆筑的部位)出現(xiàn)的縱、橫向微裂縫,即使不影響構(gòu)件承載能力,也必須完全將裂縫封閉后(環(huán)氧樹脂等),方可正常使用。

4 結(jié)語

1)混凝土配比試驗結(jié)果表明,依據(jù)耐久性設(shè)計規(guī)范以及工程經(jīng)驗課題提出的高性能混凝土強(qiáng)度等級、抗?jié)B等級等性能指標(biāo),經(jīng)配比優(yōu)化,具有可能性。2)以混凝土抗壓強(qiáng)度、氯離子滲透系數(shù)為指標(biāo),提出了摻粉煤灰配比優(yōu)化建議。3)基于研究結(jié)果,提高混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的技術(shù)措施主要包括兩個方面,首先是基本措施：最大限度地提高混凝土自身的防護(hù)能力,即采用高性能混凝土技術(shù);第二是附加措施：嚴(yán)重環(huán)境作用等級下,強(qiáng)化對鋼筋的保護(hù)、彌補(bǔ)混凝土保護(hù)能力的不足。

[1]陳肇元.土建結(jié)構(gòu)工程的安全性與耐久性[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社,2003.

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[3]洪乃豐.基礎(chǔ)設(shè)施腐蝕防護(hù)與耐久性[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社,2003.

[4]洪定海.混凝土中鋼筋的腐蝕與保護(hù)[M].北京：中國鐵道出版社,1998.

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