袁啟濤，羅作球，張新勝，梁國(guó)立

（中建商品混凝土天津有限公司，天津 300450）

0 引言

隨著建筑業(yè)的發(fā)展，各種超高型建筑物的不斷出現(xiàn)對(duì)高性能混凝土提出了更高的要求，同時(shí)對(duì)建筑物樁基混凝土的強(qiáng)度等級(jí)和耐久性要求也越來(lái)越高。天津 117 大廈地下 3層，地上 117 層，設(shè)計(jì)高度 597 米，建成后將成為華北第一高樓。其樁基設(shè)計(jì)混凝土強(qiáng)度等級(jí) C50，長(zhǎng)度為 121m，長(zhǎng)徑比為 120∶1，創(chuàng)下全國(guó)民用工程樁長(zhǎng)度之最。加之地處天津鹽堿腐蝕較為嚴(yán)重的地區(qū)，樁基混凝土不但要滿足強(qiáng)度要求，各項(xiàng)相關(guān)指標(biāo)更要滿足在當(dāng)?shù)丨h(huán)境條件下耐久性 100 年的要求。

對(duì)于應(yīng)用范圍日益廣泛的高性能混凝土，要求新拌混凝土具有優(yōu)異的工作性能、硬化混凝土長(zhǎng)期使用的物理力學(xué)性能及耐久性等。由于混凝土的運(yùn)距長(zhǎng)，樁身細(xì)長(zhǎng)，澆筑時(shí)間較長(zhǎng)，施工現(xiàn)場(chǎng)操作機(jī)器較多，且夏季溫度高，為保證混凝土通過(guò)導(dǎo)管下料填充到樁內(nèi)，混凝土應(yīng)具有良好的施工性能和澆筑的連續(xù)性。同時(shí)樁基混凝土容易受到地下水中化學(xué)物質(zhì)的侵蝕，常導(dǎo)致混凝土發(fā)生不同程度的劣化，其耐久性降低，無(wú)法達(dá)到設(shè)計(jì)使用年限的要求[1]。本文將高強(qiáng)混凝土與自密實(shí)混凝土技術(shù)要求相結(jié)合，采用低堿水泥、優(yōu)質(zhì)礦物摻合料和超保塑聚羧酸高效減水劑，嚴(yán)格控制混凝土中氯離子含量，根據(jù)地下水的成分有針對(duì)性地開(kāi)展混凝土耐久性試驗(yàn)。并建立了一套質(zhì)量控制體系，為以后的質(zhì)量控制提供有力保證。

1 原材料與試驗(yàn)方法

1.1 混凝土及原材料指標(biāo)的確定

本工程施工正值炎熱的夏季，根據(jù)混凝土的運(yùn)距、澆灌條件，夏天炎熱的氣候和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，要求混凝土保坍效果較好，而且天津地區(qū)屬于鹽堿區(qū)，地下水對(duì)混凝土具有中等腐蝕（水質(zhì)分析報(bào)告見(jiàn)表 1），在 Ⅳ-D 和Ⅴ1-D 環(huán)境作用下，設(shè)計(jì)混凝土的使用年限為 100 年，其耐久性相關(guān)要求和自密實(shí)混凝土的相關(guān)指標(biāo)按照 CCES01—2004《混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)與施工指南》、CECS 207:2006《高性能混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》、JGJ/T 283—2012《自密實(shí)混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》的相關(guān)規(guī)定，對(duì)混凝土和原材料的性能提出相關(guān)指標(biāo)，見(jiàn)表 2。

1.2 原材料選擇

水泥：選用冀東 P·O42.5 水泥，其化學(xué)成分分析見(jiàn)表 3；粉煤灰：選用北疆電廠 II 級(jí)粉煤灰；礦粉：選用河北唐山特種水泥廠的 S95 級(jí)礦粉；碎石：河北玉田 5～25mm 連續(xù)級(jí)配的碎石；砂：石家莊的河砂，所用砂石經(jīng)檢測(cè)均為非活性集料；外加劑：采用聚羧酸高效減水劑。

1.3 配合比設(shè)計(jì)

本工程超大長(zhǎng)徑比樁的混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí) C50，在進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)時(shí)采用高強(qiáng)混凝土和自密實(shí)混凝土兩者相結(jié)合的思路。而且天津地區(qū)屬于鹽堿區(qū)，地下水對(duì)混凝土具有中等腐蝕。根據(jù)設(shè)計(jì)使用年限 100 年對(duì)混凝土的耐久性相關(guān)要求及自密實(shí)混凝土的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。通過(guò)前期試驗(yàn)，對(duì)配合比進(jìn)行初步的篩選，并根據(jù)混凝土工作性能對(duì)配合比進(jìn)一步的優(yōu)化，確定具體的配合比見(jiàn)表 4，其工作性和力學(xué)性能試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表 5。

表 1 地下水質(zhì)分析結(jié)果 ml

表 2 混凝土和原材料的相關(guān)指標(biāo)

表 3 水泥化學(xué)成分分析

表 4 試驗(yàn)配合比 kg/m3

表 5 工作性和力學(xué)性能試驗(yàn)結(jié)果

表 6 超長(zhǎng)樁混凝土氯離子含量測(cè)定結(jié)果

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 混凝土氯離子含量試驗(yàn)

對(duì)于鋼筋銹蝕來(lái)說(shuō)，最重要的是氯離子濃度。因此，測(cè)定混凝土孔溶液中的游離氯離子含量，對(duì)于評(píng)價(jià)混凝土的耐久性能具有重要的意義。采用離子選擇電極法快速測(cè)定氯離子含量，其試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表 6。

試驗(yàn)結(jié)果顯示，混凝土實(shí)測(cè)氯離子含量較理論計(jì)算值偏小，混凝土中氯離子含量完全滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求。

2.2 混凝土抗氯離子滲透性能試驗(yàn)

抗氯離子滲透性能是混凝土耐久性的一個(gè)重要方面，由于化學(xué)侵蝕通常發(fā)生在特定的環(huán)境下，氯離子侵入鋼筋混凝土內(nèi)部會(huì)引起鋼筋銹蝕，從而嚴(yán)重影響鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性和安全性[2]。由于天津地區(qū)屬于鹽堿地帶，地下水環(huán)境氯離子含量較高，由水質(zhì)分析結(jié)果可知，潛水和承壓水對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)無(wú)腐蝕性，但在交替作用下對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)均具有中等腐蝕性，因此，本文分別采用電通量法和快速氯離子遷移系數(shù)法（RCM 法）對(duì)混凝土抗氯離子滲透性能進(jìn)行評(píng)價(jià)。

2.2.1 電通量法

本方法以通過(guò)混凝土試件的電通量為指標(biāo)來(lái)確定混凝土抗氯離子滲透性能，具體的評(píng)價(jià)方法見(jiàn)表 7，其試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表8。

表 7 氯離子滲透能力對(duì)使用年限的等級(jí)劃分

表 8 氯離子抗?jié)B透性能試驗(yàn)結(jié)果

分析表 8 可知，超長(zhǎng)樁混凝土 28d 抗氯離子滲透較好，按照表 7 中的評(píng)價(jià)方法，該混凝土滲透能力很低，能保證混凝土有較好的抗?jié)B透性能，從而提高混凝土對(duì)鋼筋的保護(hù)作用。

2.2.2 快速氯離子遷移系數(shù)法（RCM 法）

混凝土氯離子擴(kuò)散系數(shù)能夠定量評(píng)價(jià)混凝土抵抗氯離子擴(kuò)散的能力。抗氯離子滲透性能的等級(jí)劃分情況見(jiàn)表 9。根據(jù) CCES01—2004《混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)與施工指南》提出混凝土抗氯離子侵入性指標(biāo)，作為耐久性質(zhì)量的一種控制標(biāo)準(zhǔn)，各項(xiàng)指標(biāo)如表 9 所示。

表 9 混凝土抗氯離子侵入指標(biāo)

根據(jù)檢測(cè)的氯離子擴(kuò)散系數(shù)（3.9×10-12m2/s）以及電通量（200～300C）的試驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，混凝土抗氯離子侵入性指標(biāo)完全滿足在作用等級(jí)為 D 的環(huán)境條件下設(shè)計(jì)使用年限 100年的要求。

2.3 抗硫酸鹽侵蝕試驗(yàn)

水泥基材料的硫酸鹽侵蝕破壞被認(rèn)為是引起混凝土材料失效破壞的四大主要因素之一，其對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益及對(duì)工程安全性的重要性愈來(lái)愈被人們所重視[3]。天津有大片鹽堿地，地下水中含有一定量的硫酸根離子，可能存在著地下水對(duì)混凝土構(gòu)筑物的硫酸鹽侵蝕破壞問(wèn)題。本工程設(shè)計(jì)使用年限為 100 年，因而本試驗(yàn)抗硫酸鹽干濕循環(huán)為150 次。

表 10 混凝土抗硫酸鹽侵蝕試驗(yàn)結(jié)果

由表 10 可知，樁基混凝土的抗硫酸鹽等級(jí)在 KS150 以上，滿足設(shè)計(jì)要求。

2.4 工程實(shí)用效果

2010 年 4 月至 9 月，大廈主樓樁基混凝土施工，單樁混凝土澆筑時(shí)間約為 3 小時(shí)，混凝土 28 天強(qiáng)度以及鉆芯結(jié)果顯示混凝土澆筑質(zhì)量較好，其抗壓強(qiáng)度結(jié)果見(jiàn)圖 1。

圖 1 生產(chǎn)與鉆芯取樣混凝土的抗壓強(qiáng)度

2.5 機(jī)理分析

由圖 1 可以看出，實(shí)際生產(chǎn)和鉆芯取樣混凝土的抗壓強(qiáng)度相差不大，但都大于設(shè)計(jì)的強(qiáng)度。這主要是因?yàn)榉勖夯液偷V渣的“超疊效應(yīng)”：一是雙摻時(shí)改善了膠凝材料的顆粒級(jí)配，使系統(tǒng)顆粒堆積更加緊密與合理，從而使得硬化混凝土的密實(shí)度提高；二是水化進(jìn)程的互補(bǔ)，粉煤灰的火山灰活性發(fā)展緩慢，3 天時(shí)在水泥水化產(chǎn)物的堿性激發(fā)下并沒(méi)有參與水化反應(yīng)，直到 28 天才有一部分粉煤灰參與反應(yīng)，而礦渣活性較高，到 7 天時(shí)就會(huì)參與水化反應(yīng)，與早期水泥水化生成的Ca(OH)2發(fā)生反應(yīng)，形成大量水化硅酸鈣，使得漿體結(jié)構(gòu)較為致密，可以提高混凝土的早期強(qiáng)度和完善其早期結(jié)構(gòu)，彌補(bǔ)由于粉煤灰水化慢造成的早期強(qiáng)度低的損失。到了后期，超細(xì)礦物粉中的活性組分與大量 Ca(OH)2反應(yīng)生成水化硅酸鈣及水化鋁酸鈣，增加了水泥石的致密程度，改善混凝土的孔結(jié)構(gòu)，大大提高了混凝土的強(qiáng)度和抗?jié)B性，從而提高混凝土的耐久性。

3 結(jié)論

（1）選用優(yōu)質(zhì)原材料，合理優(yōu)化配合比，嚴(yán)格控制原材料的堿含量及氯離子含量是提高混凝土耐久性的前提條件。在滿足自密實(shí)的要求下，混凝土具有良好的保塑性能。

（2）通過(guò)檢測(cè)混凝土中氯離子含量、抗氯離子侵蝕、抗硫酸鹽侵蝕等性能，驗(yàn)證了此配合比的混凝土能滿足該環(huán)境條件下的耐久性要求。

[1] 呂大為，朱曉菲.基于耐久性設(shè)計(jì)的樁基混凝土應(yīng)用研究[J].混凝土與水泥制品，2011, (5): 1-2.

[2] 王睿，王信剛，齊瑞文.高性能混凝土的抗氯離子滲透性與耐久性評(píng)估[J].混凝土，2010, (6): 1-2.

[3] MEDEIROS M H F，HELENE P.Surface treatment of reinforced concrete in marine environment：influence on chloride diffusion coefficient and capillary water absorption[J].Construction and Building Materials, 2009, 23(3): 1476-1484.

[4] 黃士元.混凝土的耐久性與混凝土結(jié)構(gòu)物的安全性[J].混凝土與水泥制品，1996, (1): 4-9.