周敏， 楊海成， 范志宏

(1.廣東省南粵交通東雷高速公路管理中心, 廣東 湛江 524000；2.中交四航工程研究院有限公司 水工構(gòu)造物耐久性技術(shù)交通行業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室)

1 引言

疏水化合孔栓物是一種新型的內(nèi)摻型混凝土防水抗腐添加劑，無(wú)論混凝土是否受到水頭壓力，理論上都能夠有效地抑制水在混凝土內(nèi)部的吸收和滲透，提高混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性，目前已在虎門(mén)二橋、范和港跨海大橋、東華大橋等國(guó)內(nèi)外工程中得到推廣應(yīng)用?；炷廖适求w現(xiàn)“疏水化合孔栓物”對(duì)混凝土性能改善效果的關(guān)鍵指標(biāo)。目前中國(guó)混凝土方面的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)尚無(wú)具體的吸水率控制指標(biāo)，通常參照國(guó)內(nèi)外工程經(jīng)驗(yàn)，參考BS 1881:Part122混凝土吸水率測(cè)試方法，以室內(nèi)條件下混凝土7 d的吸水率不大于1%作為控制指標(biāo)。另外，國(guó)內(nèi)外有關(guān)吸水率的測(cè)試方法包括英國(guó)標(biāo)準(zhǔn)BS 1881:Part122、JC 474-2008《砂漿、混凝土防水劑》、JTS 153-2015《水運(yùn)工程結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》等，上述標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于吸水率的測(cè)試流程有所不同，包括樣品制備、樣品制備部位、烘干浸泡時(shí)間等方面均有較大區(qū)別，JC 474-2008《砂漿、混凝土防水劑》、JTS 153-2015《水運(yùn)工程結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》更側(cè)重表征表層混凝土的吸水率，英國(guó)標(biāo)準(zhǔn)BS 1881:Part122可較好地表征混凝土整體的吸水率性能，國(guó)內(nèi)外工程應(yīng)用時(shí)也通常參照該標(biāo)準(zhǔn)。

盡管工程中以室內(nèi)條件下混凝土吸水率作為控制指標(biāo)，但對(duì)于現(xiàn)澆實(shí)體構(gòu)件，考慮施工過(guò)程中混凝土拌和、運(yùn)輸、澆筑、振搗、養(yǎng)護(hù)等方面環(huán)節(jié)存在的波動(dòng)，可能會(huì)對(duì)實(shí)體構(gòu)件混凝土性能產(chǎn)生一定的影響，為確定摻“疏水化合孔栓物”的現(xiàn)澆實(shí)體構(gòu)件混凝土吸水率的合理取值，該文依托湛江東海島至雷州高速公路通明海特大橋項(xiàng)目，基于大量室內(nèi)試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，統(tǒng)計(jì)分析不同種類“疏水化合孔栓物”混凝土吸水率的均值與標(biāo)準(zhǔn)差，以期為實(shí)體構(gòu)件混凝土設(shè)計(jì)指標(biāo)、驗(yàn)收指標(biāo)的確定提供技術(shù)參考。

2 試驗(yàn)方案及測(cè)試方法

2.1 試驗(yàn)方案

(1) 室內(nèi)試驗(yàn)

利用現(xiàn)場(chǎng)兩個(gè)標(biāo)段的原材料，選取通明海特大橋承臺(tái)墩身C40混凝土作為研究對(duì)象，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)材料的特點(diǎn)，選取水膠比為0.35、總膠凝材料用量為430 kg/m3、雙摻粉煤灰與磨細(xì)礦渣粉，通過(guò)調(diào)整水泥用量為210～240 kg/m3，每個(gè)標(biāo)段設(shè)計(jì)5組C40海工高性能混凝土配合比。同時(shí)選取目前國(guó)內(nèi)外主要疏水化合孔栓物外加劑廠家的材料，分別以S1、S2“疏水化合孔栓物”表示。在此基礎(chǔ)上，利用現(xiàn)場(chǎng)原材料，委托第三方檢測(cè)機(jī)構(gòu)同步開(kāi)展上述驗(yàn)證試驗(yàn)。

(2) 現(xiàn)場(chǎng)模型試驗(yàn)

通過(guò)對(duì)上述配合比優(yōu)選，每個(gè)標(biāo)段確定1組施工配合比，用于開(kāi)展現(xiàn)場(chǎng)模型試驗(yàn)。模型試驗(yàn)采用現(xiàn)場(chǎng)拌和站拌和、澆筑、振搗工藝，分別澆筑3根直徑1.2 m、高度約3.5 m的試驗(yàn)墩柱，分別為空白混凝土試驗(yàn)墩柱(無(wú)“疏水化合孔栓物”外加劑)、摻S1、S2疏水化合孔栓物的混凝土試驗(yàn)墩柱，并按照現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際養(yǎng)護(hù)工藝對(duì)構(gòu)件進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。墩柱養(yǎng)護(hù)3、10及24 d后現(xiàn)場(chǎng)鉆取直徑為7.5 cm、高度不小于12 cm的芯樣，并切割去除混凝土表層，進(jìn)而加工制備直徑為7.5 cm、高為7.5 cm的測(cè)試芯樣，參照BS 1881：Part122:1983方法測(cè)試混凝土7、14及28 d齡期的吸水率。

在澆筑構(gòu)件的同時(shí)，每個(gè)配合比現(xiàn)場(chǎng)成型3組15 cm×15 cm×15 cm立方體試件，室內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)不同齡期后，參照BS 1881：Part122:1983方法測(cè)試7、14及28 d養(yǎng)護(hù)齡期時(shí)混凝土的吸水率?；谠囼?yàn)測(cè)試數(shù)據(jù)，統(tǒng)計(jì)分析實(shí)體構(gòu)件混凝土吸水率的平均值及標(biāo)準(zhǔn)差。

2.2 測(cè)試方法

參照BS 1881：Part122:1983方法測(cè)試混凝土吸水率，主要測(cè)試流程：成型15 cm×15 cm×15 cm混凝土立方體試件，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)測(cè)試齡期前4 d時(shí)，鉆芯切割成φ7.5 cm×7.5 cm的芯樣；芯樣在溫度(105±5) ℃的烘箱中干燥(72±2) h，冷卻(24±0.5) h后開(kāi)始吸水試驗(yàn)；試驗(yàn)前稱取樣品初始重量，稱重后將樣品放入水中，頂面距離水面(25±5) mm，浸泡時(shí)間為30、60及120 min后，取出測(cè)試，計(jì)算混凝土吸水率。

3 試驗(yàn)結(jié)果分析

3.1 室內(nèi)試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)分析

基于室內(nèi)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，采用統(tǒng)計(jì)方法對(duì)S1及S2疏水孔栓物混凝土吸水率進(jìn)行分析，圖1為采用S1、S2的混凝土統(tǒng)計(jì)圖。由圖1可知：① 通過(guò)對(duì)60個(gè)樣本統(tǒng)計(jì)分析，得到采用S1的混凝土7 d吸水率平均值為0.9%，標(biāo)準(zhǔn)差為0.11%，且有49個(gè)樣本處于0.8%～1.0%區(qū)間；② 通過(guò)對(duì)42個(gè)采用S2的混凝土7 d吸水率數(shù)據(jù)樣本統(tǒng)計(jì)分析，得到采用S2的混凝土7 d吸水率平均值為0.6%，標(biāo)準(zhǔn)差為0.11%，且有36個(gè)樣本處于0.4%～0.7%。

圖1 混凝土7 d吸水率室內(nèi)試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)圖

3.2 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)分析

3.2.1 現(xiàn)場(chǎng)7 d試驗(yàn)結(jié)果分析

對(duì)現(xiàn)場(chǎng)混凝土拌和站生產(chǎn)的混凝土不同齡期吸水率進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)果見(jiàn)圖2。由圖2可知：① 空白混凝土7 d的吸水率平均值為2.48%，標(biāo)準(zhǔn)差為0.37%；② 采用S1的混凝土7 d的吸水率平均值為1.4%，標(biāo)準(zhǔn)差為0.12%，且符合標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布；③ 采用S2的混凝土7 d的吸水率平均值為0.9%，標(biāo)準(zhǔn)差為0.07%；④ 在混凝土配合比、養(yǎng)護(hù)條件完全一致的前提下，相比室內(nèi)試驗(yàn)攪拌機(jī)(每次拌和40 L混凝土)拌和混凝土，采用現(xiàn)場(chǎng)拌和站生產(chǎn)的混凝土7 d吸水率顯著大于室內(nèi)試驗(yàn)采用攪拌機(jī)拌和的混凝土；比如采用室內(nèi)攪拌機(jī)拌和的S1、S2混凝土7 d吸水率的平均值分別為0.9%、0.6%，但采用現(xiàn)場(chǎng)拌和站生產(chǎn)的S1及S2混凝土吸水率提高為1.4%、0.9%，吸水率分別提高的原因，可能是由于在室內(nèi)攪拌機(jī)拌和條件下，混凝土原材料的計(jì)量精度、拌和均勻性、振搗密實(shí)性等方面均優(yōu)于現(xiàn)場(chǎng)拌和；⑤ 相比空白混凝土，采用S1、S2疏水化合孔栓物可顯著降低海工混凝土7 d的吸水率，其中S1疏水化合孔栓物混凝土對(duì)7 d吸水率的降低效果更為顯著。

圖2 現(xiàn)場(chǎng)混凝土7 d吸水率統(tǒng)計(jì)圖

3.2.2 現(xiàn)場(chǎng)14 d試驗(yàn)結(jié)果分析

圖3為混凝土14 d現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)。由圖3可知：① 當(dāng)養(yǎng)護(hù)14 d時(shí)，空白混凝土的吸水率平均值為1.8%，標(biāo)準(zhǔn)差為0.37%;② 采用S1的混凝土吸水率平均值為0.88%，標(biāo)準(zhǔn)差為0.06%；③ 采用S2的混凝土吸水率平均值為0.74%，標(biāo)準(zhǔn)差為0.06%；④ 采用S1、S2疏水化合孔栓物可顯著降低海工混凝土14 d的吸水率。

3.2.3 現(xiàn)場(chǎng)28 d試驗(yàn)結(jié)果分析

圖4為混凝土28 d現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)。由圖4可知：① 在養(yǎng)護(hù)28 d時(shí)，空白混凝土的吸水率平均值為1.5%，標(biāo)準(zhǔn)差為0.28%；② 采用S1的混凝土吸水率平均值為0.65%，標(biāo)準(zhǔn)差為0.11%；③ 采用S2的混凝土吸水率平均值為0.69%，標(biāo)準(zhǔn)差為0.14%；④ 采用S1、S2疏水化合孔栓物可顯著降低海工混凝土28 d的吸水率。

3.3 現(xiàn)場(chǎng)構(gòu)件混凝土與標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)混凝土吸水率對(duì)比分析

圖5為利用現(xiàn)場(chǎng)實(shí)體構(gòu)件取芯與標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)試件測(cè)試的吸水率對(duì)比。

圖3 現(xiàn)場(chǎng)混凝土14 d吸水率統(tǒng)計(jì)圖

由圖5可知：采用實(shí)體構(gòu)件測(cè)試的混凝土吸水率總體要小于混凝土留樣試件的吸水率，其構(gòu)件吸水率/試件吸水率比值的平均值為0.89。

3.4 混凝土吸水率隨養(yǎng)護(hù)齡期的變化規(guī)律

圖6為現(xiàn)場(chǎng)實(shí)體構(gòu)件混凝土吸水率隨養(yǎng)護(hù)齡期的變化規(guī)律。

由圖6可知：混凝土吸水率隨養(yǎng)護(hù)齡期的延長(zhǎng)而不斷降低，混凝土吸水率與養(yǎng)護(hù)齡期之間符合指數(shù)關(guān)系：y吸水率=AeBx，其中A、B的取值與混凝土性能有關(guān)。

4 結(jié)論

(1) 疏水化合孔栓物可有效降低海工高性能混凝土不同齡期的吸水率，利用疏水化合孔栓物可制備整體防水抗腐蝕混凝土，可有效避免傳統(tǒng)表面涂裝材料易于破損、老化等耐久性問(wèn)題，為解決嚴(yán)酷環(huán)境下混凝土結(jié)構(gòu)耐久性提供了新的技術(shù)途徑。

圖4 現(xiàn)場(chǎng)混凝土28 d吸水率統(tǒng)計(jì)圖

圖5 實(shí)體構(gòu)件吸水率與試件吸水率比的統(tǒng)計(jì)圖

(2) 在室內(nèi)攪拌機(jī)拌和、標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下，對(duì)60個(gè)S1混凝土樣本進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，采用S1的混凝土7 d吸水率平均值為0.9%，標(biāo)準(zhǔn)差為0.11%，且有49個(gè)樣本處于0.8%～1.0%區(qū)間；對(duì)42個(gè)S2混凝土樣本進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，采用S2的混凝土7 d吸水率平均值為0.6%，標(biāo)準(zhǔn)差為0.11%，且有36個(gè)樣本處于0.4%～0.7%。

圖6 實(shí)體構(gòu)件混凝土吸水率隨養(yǎng)護(hù)齡期的變化

(3) 在混凝土配合比、養(yǎng)護(hù)條件完全一致的前提下，相比室內(nèi)攪拌機(jī)拌和混凝土，采用現(xiàn)場(chǎng)拌和站生產(chǎn)的混凝土7 d吸水率顯著大于室內(nèi)攪拌機(jī)拌和的混凝土，提高了50%以上。在混凝土配合比設(shè)計(jì)時(shí)，混凝土吸水率設(shè)計(jì)指標(biāo)應(yīng)預(yù)留足夠的富余量。

(4) 華南沿海夏季環(huán)境下，利用現(xiàn)場(chǎng)拌和站生產(chǎn)的混凝土，現(xiàn)澆實(shí)體構(gòu)件的混凝土吸水率小于標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)試件測(cè)試的吸水率，其構(gòu)件吸水率/試件吸水率比值的平均值為0.89。可采用現(xiàn)場(chǎng)留樣混凝土作為評(píng)定實(shí)體結(jié)構(gòu)混凝土吸水率指標(biāo)，避免了實(shí)體結(jié)構(gòu)取芯測(cè)試對(duì)結(jié)構(gòu)外觀、長(zhǎng)期性能的影響。

(5) 混凝土的吸水率隨養(yǎng)護(hù)齡期的延長(zhǎng)而不斷降低，混凝土吸水率與養(yǎng)護(hù)齡期之間符合指數(shù)關(guān)系。