徐強，李鋒，樂勇，顧柯燕，方輝，王琦懿

（1.浙江大學 海洋研究院，浙江 舟山316021；2.舟山市大昌預拌混凝土有限公司，浙江 舟山316013；3.舟山市匯邦建材有限公司，浙江 舟山 316021）

0 前言

鋼筋混凝土是海洋工程建設的主體結構材料，在嚴酷的海洋環(huán)境下會因腐蝕而過早失效[1]。為了提高混凝土的耐久性，選用優(yōu)質(zhì)原材料、加入摻合料和化學外加劑、采用低水膠比是制備海工混凝土的必要前提[2]，其中大摻量粉煤灰或礦粉可以明顯降低氯離子在混凝土中的擴散系數(shù)[3]，摻加阻銹劑是抑制鋼筋腐蝕最簡單有效的方法[4]。海工高性能混凝土已在杭州灣跨海大橋、港珠澳大橋等國家重點工程中應用，所以在海島城市工程設施中大規(guī)模推廣海工混凝土也顯得非常重要。

本文以提高混凝土抗氯離子侵蝕性能為目標，采用摻加粉煤灰、磨細礦粉、阻銹劑及低水膠比等措施，利用舟山市當?shù)卦牧显O計抗氯離子侵蝕的高性能混凝土，并在舟山市小干至長峙跨海通道工程中應用。

1 試驗

1.1 原材料

水泥：舟山市銀馬水泥有限公司海螺牌P·O42.5水泥，比表面積351 m2/kg，初、終凝時間分別為152、240 min，標準稠度用水量28.0%，28 d抗壓、抗折強度分別為49.8、8.2 MPa。

粉煤灰：國能浙江舟山發(fā)電有限責任公司，Ⅱ級，需水量比99.2%，45μm篩篩余10.5%，燒失量2.42%。

礦粉：舟山市匯邦建材有限公司，S95級，密度2.87 g/cm3，活性指數(shù)98%，比表面積409 m2/kg，流動度比100%。

河砂：細度模數(shù)2.6，表觀密度2590 kg/m3，含泥量0.6%。

石：5～25 mm連續(xù)級配凝灰?guī)r碎石，表觀密度2650 kg/m3，含泥量0.7%。

減水劑：舟山市匯邦建材有限公司產(chǎn)HB-Ⅰ萘系減水劑，含固量23.5%，摻量1.5%時砂漿減水率為16.5%。

阻銹劑：武漢三源特種建材有限責任公司，SY-R型，含水量1.32%。

1.2 試驗方法

選用工程用量較大的C35強度等級，礦物摻合料總摻量固定為40%[5]，分別研究單摻礦粉、單摻粉煤灰、復摻礦粉和粉煤灰對混凝土強度和耐久性的影響?；炷量箟簭姸葏⒄誈B/T 50081—2019《混凝土物理力學性能試驗方法標準》進行測試，混凝土氯離子擴散系數(shù)參照GB/T 50082—2009《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法標準》進行測試，阻銹劑腐蝕電流參照JGJ/T 192—2009《鋼筋阻銹劑應用技術規(guī)程》進行測試。混凝土配合比及和易性見表1。

表1 混凝土配合比及和易性

2 結果分析與討論

2.1 大摻量礦物摻合料對混凝土強度和耐久性的影響（見表2）

表2 大摻量礦物摻合料對混凝土強度和耐久性的影響

由表2可見：

（1）由于粉煤灰的活性指數(shù)較低[6]，當摻入40%礦物摻合料后，混凝土的28 d抗壓強度都低于JZ組，且隨粉煤灰摻量的增加，下降幅度增大；由于礦粉對水泥基材料的活性效應有積極的促進作用[7]，單摻礦粉或粉煤灰與礦粉復摻時，混凝土的84 d抗壓強度高于JZ組，單摻粉煤灰組的84 d抗壓強度低于JZ組。

（2）與JZ組相比，單摻粉煤灰會使混凝土的28 d氯離子擴散系數(shù)增大，單摻礦粉或粉煤灰與礦粉復摻都會降低混凝土的28 d氯離子擴散系數(shù)；由于礦物摻合料對混凝土的密實作用[8]，84 d齡期時，摻40%摻合料都會使混凝土的氯離子擴散系數(shù)減小，其中FK41組的氯離子擴散系數(shù)最小，為2.30×10-12m2/s，較JZ組減小了64.6%。

不同混凝土28 d齡期的SEM照片如圖1所示。

由圖1可見，JZ組和KF4、FK41組形貌比較接近，F(xiàn)M4組中含有大量的圓球。這是因為粉煤灰中的圓球漂珠影響了水泥的水化[9-10]，造成混凝土抗壓強度降低、氯離子擴散系數(shù)增大，故粉煤灰摻量不宜過多?？紤]到混凝土的綜合性能、施工成本以及粉煤灰的后期活性，本文選擇FK41組礦粉和粉煤灰的比例（25%礦粉+15%粉煤灰）進行后續(xù)試驗。

圖1 不同混凝土28 d齡期的SEM照片

2.2 鋼筋阻銹劑對混凝土耐久性的影響

復合鋼筋阻銹劑不僅能抑制鋼筋銹蝕反應進程，還能降低氯離子滲透能力[11]。本試驗在FK41配比基礎上，按照膠凝材料質(zhì)量的1%、3%、5%、7%摻加阻銹劑。阻銹劑摻量對混凝土抗壓強度、氯離子擴散系數(shù)、168 h腐蝕電流的影響如表3所示，不同阻銹劑摻量混凝土腐蝕電流隨時間的變化如圖2所示。

表3 阻銹劑摻量對混凝土性能的影響

由表3可見，和對照組FK41相比，摻加阻銹劑后，混凝土的坍落度、擴展度和28 d抗壓強度沒有明顯變化；摻1%阻銹劑時混凝土的28 d氯離子擴散系數(shù)有所提高，當阻銹劑摻量為3%、5%、7%時，混凝土的28 d氯離子擴散系數(shù)較FK41組分別減小了12.5%、13.4%、8.7%，平均減小了11.5%。

圖2 不同阻銹劑摻量混凝土腐蝕電流隨時間的變化

由圖2可見，隨著通電時間的延長，腐蝕電流不斷減小。隨阻銹劑摻量的增加，168 h腐蝕電流逐漸減小。未摻阻銹劑時，F(xiàn)K41組的168 h腐蝕電流仍有430μA。當阻銹劑摻量為3%~7%時，168 h腐蝕電流小于150μA，參照JGJ/T 192—2009可知，能對鋼筋進行有效防護。從混凝土耐久性及工程成本考慮，阻銹劑摻量以3%為宜。

3 海工混凝土工程應用驗證

3.1 工程概況

舟山市小干至長峙跨海通道是舟山嵊泗至定海的控制性工程，工程橫跨新城灣兩側，該工程全長1456 m，全線按城市主干道標準設計，設計時速60 km/h。大橋橋面箱梁為現(xiàn)澆預應力高性能海工混凝土，設計強度為C55，坍落度（180±20）mm，耐久性設計要求抗氯離子滲透小于1.5×10-12m2/s，是JGJ/T 193—2009《混凝土耐久性檢驗評定標準》中混凝土抗氯離子滲透性能等級（RCM法）中最高等級RCM-V。

3.2 原材料及配合比

橋面箱梁工程混凝土設計強度等級C55、坍落度（180±20）mm，礦物摻合料及阻銹劑摻量參照本試驗研究結果，混凝土施工配合比如表4所示。

表4 抗氯離子侵蝕高性能混凝土的配合比

水泥：舟山銀馬水泥有限公司海螺牌P·Ⅱ52.5水泥，比表面積355 m2/kg，初、終凝時間分別為148、225 min，標準稠度用水量28.0%，28 d抗壓、抗折強度分別為61.2、8.9 MPa。

減水劑：舟山市匯邦建材有限公司產(chǎn)HB-V聚羧酸減水劑，含固量26.3%，摻量1.5%時砂漿減水率為27%。

粉煤灰、河砂、石、阻銹劑均參照1.1。

3.3 現(xiàn)場檢測

施工單位對C55海工混凝土進行現(xiàn)場抽檢，抗壓強度每100 m3留樣1組，共186組；氯離子擴散系數(shù)DRCM每1000 m3留樣1組，共15組。送第三方有檢測資質(zhì)的機構進行檢測，測試結果見表5。

表5 工程現(xiàn)場海工混凝土性能測試結果

表5的測試結果表明，抽檢混凝土強度合格，最低強度達57.8 MPa，平均強度75.9 MPa。84 d氯離子擴散系數(shù)最大值為1.30×10-12m2/s，平均值為1.25×10-12m2/s，符合氯離子擴散系數(shù)≤1.5×10-12m2/s的設計要求。

4 結論

（1）和JZ組相比，單摻礦粉或粉煤灰與礦粉復摻都會使混凝土的28 d氯離子擴散系數(shù)減?。?4 d齡期時，摻加40%礦物摻合料都會使混凝土的氯離子擴散系數(shù)減小，其中復摻15%粉煤灰+25%礦粉時混凝土的84 d抗氯離子滲透系數(shù)最小。

（2）摻加阻銹劑后，混凝土的抗壓強度沒有明顯變化；摻3%~7%阻銹劑，混凝土的氯離子擴散系數(shù)較未摻組有所減??；隨阻銹劑摻量的增加，168 h腐蝕電流逐漸減小，當阻銹劑摻量為3%~7%時，腐蝕電流小于150μA，能對鋼筋進行有效防護。

（3）施工單位對C55海工混凝土進行現(xiàn)場抽檢，結果表明，所抽檢混凝土強度全部合格，最低抗壓強度達57.8 MPa，平均抗壓強度為75.9 MPa；84 d氯離子擴散系數(shù)最大值為1.30×10-12m2/s，平均值為1.25×10-12m2/s，符合氯離子擴散系數(shù)≤1.5×10-12m2/s的設計要求。