李 濤，余陽(yáng)君，李玉彬

(1.廣西路橋工程集團(tuán)有限公司，廣西 南寧 530200；2.廣西欣港交通投資有限公司，廣西 南寧 530029)

0 引言

位于臨?；蚝Ｖ新然锃h(huán)境下的混凝土結(jié)構(gòu)物，由于長(zhǎng)期處于海水及鹽霧區(qū)侵蝕環(huán)境，氯離子的入侵可能造成并加快混凝土中鋼材料的腐蝕。本文主要研究采用粉煤灰、礦粉復(fù)摻的混凝土在實(shí)際工程中的工作性能，其兩者復(fù)摻不僅可以實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，還能有效提升混凝土和易性及耐久性[1]；與此同時(shí)，當(dāng)?shù)V物摻合料用量很大時(shí)，能夠有效地壓制堿-集料化學(xué)反應(yīng)。本文從試驗(yàn)原材料、主要操作流程、混凝土的性能分析、社會(huì)及經(jīng)濟(jì)效益等方面詳細(xì)闡述復(fù)摻混凝土配合比優(yōu)化研究過(guò)程，并利用功效系數(shù)法對(duì)混凝土的綜合性能進(jìn)行評(píng)價(jià)，對(duì)抗氯鹽海工混凝土配合比進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。

1 工程概況

國(guó)道G228丹東至東興廣西濱海公路龍門(mén)大橋?yàn)閺V西濱海公路龍門(mén)港至欽州港段，全長(zhǎng)7.637 km，采用主跨1 098 m單跨吊全漂浮體系鋼箱梁懸索橋，途經(jīng)旱涇長(zhǎng)嶺、松飛大嶺、仙人井大嶺，連續(xù)跨越多個(gè)島嶼。由于龍門(mén)大橋項(xiàng)目的橋墩、橋臺(tái)及承臺(tái)等部位長(zhǎng)期處于海水、海霧中，會(huì)受到氯鹽的侵蝕，而且當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境溫度較高，所以對(duì)跨海大橋混凝土抗氯離子滲透性能提出了相對(duì)嚴(yán)格的要求。

2 混凝土原材料組成與選擇

2.1 配合比原材料設(shè)計(jì)技術(shù)要求

2.1.1 水泥

水泥應(yīng)符合現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《通用硅酸鹽水泥》(GB 175-2007)[2]的規(guī)定，其性能應(yīng)滿(mǎn)足《海港工程混凝土材料與結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)規(guī)范》(DB 45/T 1828-2018)(以下簡(jiǎn)稱(chēng)《設(shè)計(jì)規(guī)范》)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

2.1.2 細(xì)骨料

細(xì)骨料宜級(jí)配良好、質(zhì)地堅(jiān)硬、顆粒潔凈且粒徑<5 mm，也可采用專(zhuān)門(mén)機(jī)械設(shè)備制造的人工砂[3]，不宜使用山砂或石灰?guī)r屬性的人工砂、石屑，不得使用海砂。其性能應(yīng)滿(mǎn)足《設(shè)計(jì)規(guī)范》的相關(guān)要求。

2.1.3 粗骨料

優(yōu)先采用河石，其性能還應(yīng)滿(mǎn)足《設(shè)計(jì)規(guī)范》的相關(guān)要求。

2.1.4 水質(zhì)

應(yīng)采用潔凈飲用水，嚴(yán)禁采用海水進(jìn)行混凝土拌制及養(yǎng)護(hù)。

2.2 原材料產(chǎn)地及檢測(cè)結(jié)果(表1)

表1 原材料產(chǎn)地及檢測(cè)結(jié)果表

3 配合比設(shè)計(jì)

3.1 混凝土基準(zhǔn)配合比

按照混凝土設(shè)計(jì)技術(shù)要求[4]，得到橋墩、橋臺(tái)樁基、索塔樁基水下C35抗氯鹽海工混凝土基準(zhǔn)配合比如表2所示。

表2 C35抗氯鹽海工混凝土基準(zhǔn)配合比表(kg/m3)

為了確定最合適的膠凝材料組成及比例，緊密結(jié)合現(xiàn)行科研成果，根據(jù)工程特點(diǎn)及相應(yīng)規(guī)范[5]，選定膠材中摻合料設(shè)計(jì)方案如下：水泥分別為50%、40%；粉煤灰摻量分別為10%、15%、25%；礦渣摻量分別為17%、27%、37%。

3.2 抗氯鹽海工混凝土試驗(yàn)結(jié)果分析

為了解混凝土工作性能，采用3個(gè)不同水膠比進(jìn)行試拌，基準(zhǔn)配合比水膠比為0.38，另外兩個(gè)配合比的水膠比分別為0.40和0.36?；炷涟韬臀镄阅苋绫?～5所示。

表3 C35抗氯鹽海工混凝土拌和物性能試驗(yàn)結(jié)果表

表4 C35抗氯鹽海工混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)結(jié)果表

表5 不同摻量粉煤灰和礦粉對(duì)不同水膠比混凝土性能的影響試驗(yàn)結(jié)果表

4 試驗(yàn)結(jié)果分析

通過(guò)試驗(yàn)得出：由于粉煤灰顆粒細(xì)小，粉煤灰的摻入改善了混凝土的和易性，隨著粉煤灰摻量(10%、15%、25%)的增加，達(dá)到相同坍落度所需要的減水劑用量相對(duì)減少。

當(dāng)逐漸提高礦粉摻量(17%、27%、37%)時(shí)，混凝土擴(kuò)展度增大，流動(dòng)性能也隨之增大。但礦粉的摻量過(guò)大時(shí)，將會(huì)導(dǎo)致混凝土的黏度增大，當(dāng)?shù)V粉摻量超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)用量時(shí)，混凝土則會(huì)產(chǎn)生板結(jié)或者抓底現(xiàn)象，這種混凝土在泵送過(guò)程中很容易導(dǎo)致堵管。

同時(shí)采用粉煤灰與礦粉相比單獨(dú)采用礦粉，混凝土的粘聚性得到改善，流動(dòng)性能得到了相應(yīng)提高。當(dāng)粉煤灰用量固定不變時(shí)，隨著礦粉用量的增加，達(dá)到同一坍落度值時(shí)所需的外加劑用量減少，也使混凝土擴(kuò)展度逐漸增加。等級(jí)好的粉煤灰的摻入可彌補(bǔ)礦粉對(duì)混凝土和易性帶來(lái)的負(fù)面影響。

高質(zhì)量粉煤灰相比礦粉更利于提升混凝土流動(dòng)性能，主要因素取決于其各自的結(jié)構(gòu)形態(tài)。高質(zhì)量粉煤灰含有較多的微珠，較差的粉煤灰里微珠含量很少，基本都是一些形狀不規(guī)則的結(jié)構(gòu)物，而礦粉顆粒也是形狀不規(guī)則的，很難達(dá)到高質(zhì)量粉煤灰的“滾珠”效應(yīng)，所以高質(zhì)量粉煤灰的適量摻入能有效提高混凝土的流動(dòng)性。當(dāng)粉煤灰與礦粉一起使用后，達(dá)到優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)效果，其28 d抗壓強(qiáng)度與純普通硅酸鹽水泥混凝土相比，跌幅最大≤6 MPa。同時(shí)，采用粉煤灰及礦粉復(fù)摻后的混凝土，雖然其抗壓強(qiáng)度28 d齡期比純水泥28 d齡期抗壓強(qiáng)度低，但足以滿(mǎn)足C35等級(jí)混凝土強(qiáng)度要求。

經(jīng)過(guò)多次對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果得知，粉煤灰與礦粉同時(shí)使用時(shí)，當(dāng)粉煤灰摻量為10%、15%、25%，粉煤灰與礦粉總用量為27%、42%、62%時(shí)，其28 d抗壓強(qiáng)度總體變化不明顯；使用相同摻合料摻量時(shí)，摻量30%粉煤灰的混凝土抗壓強(qiáng)度比摻量20%粉煤灰的略低。在粉煤灰與礦粉復(fù)摻情況下，粉煤灰摻量相同時(shí)，則兩者的抗壓強(qiáng)度及工作性能表現(xiàn)良好。

表6 不同摻合料及摻量粉煤灰和礦粉的

由表6可知，單摻或者復(fù)摻粉煤灰及礦粉可以有效降低混凝土28 d、56 d的電通量值，當(dāng)?shù)V粉的摻量提高時(shí)，則電通量值也就對(duì)應(yīng)減小。由此可知，當(dāng)?shù)V粉的摻量越大時(shí)，其混凝土抗氯離子滲透性能也就越好。

5 抗氯鹽混凝土綜合性能評(píng)價(jià)及性?xún)r(jià)比分析

功效系數(shù)法[6]是由E.C.Harrington教授提出用來(lái)處理多目標(biāo)決策相關(guān)問(wèn)題的方法，用該方法對(duì)各項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)分別確定滿(mǎn)意值和不允許值。從混凝土的工作性能、混凝土強(qiáng)度、氯離子擴(kuò)散性三個(gè)方面進(jìn)行對(duì)比研究，計(jì)算得出各評(píng)價(jià)對(duì)象指標(biāo)的功效系數(shù)，將其轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的功效評(píng)分值，得到最后的綜合評(píng)價(jià)分?jǐn)?shù)。

5.1 工作性功效系數(shù)W

混凝土的工作功效系數(shù)主要從混凝土的流動(dòng)性、粘聚性與保水性進(jìn)行研究。本項(xiàng)目用混凝土坍落度達(dá)到200 mm時(shí)的擴(kuò)展度K值大小來(lái)做比較，K值≥570時(shí)為滿(mǎn)意值(功效系數(shù)W為1.00)；K值≤570時(shí)，K值每降低5 mm，W降低值取0.01，K<350則不合格，W取0。

現(xiàn)場(chǎng)泵送混凝土的粘聚性保水性以良好、適中、無(wú)離析、泌水、抓底等現(xiàn)象為滿(mǎn)意值(對(duì)應(yīng)N為1.00)，反之則按照嚴(yán)重程度進(jìn)行扣分：良好(1.00)、較好(0.90)、一般(0.80)、較差(0.70)、差(0.60或0.00)。

5.2 混凝土強(qiáng)度功效系數(shù)R

以混凝土抗壓強(qiáng)度最大值為1.00，剩下混凝土配合比的抗壓強(qiáng)度功效系數(shù)取抗壓強(qiáng)度與最大值的比值。如果混凝土抗壓強(qiáng)度達(dá)不到設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)時(shí)，則不符合設(shè)計(jì)規(guī)范，對(duì)應(yīng)的功效系數(shù)R為0。

5.3 抗氯離子功效系數(shù)C1

參照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，用6 hQ值<100 C電通量為滿(mǎn)意值(抗氯離子滲透性能功效系數(shù)C1取1.00)；電通量Q≥100 C時(shí)，電通量每增加50 C，則功效系數(shù)就對(duì)應(yīng)降低0.01。當(dāng)電通量值>1 000 C時(shí)，則不滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，功效系數(shù)為0。

5.4 混凝土綜合性能功效系數(shù)F

對(duì)于海工混凝土而言，抗氯離子滲透性能是其重要指標(biāo)，間接影響混凝土的強(qiáng)度及耐久性，在配合比試驗(yàn)中，其強(qiáng)度均滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求并有富余，所以抗壓強(qiáng)度的影響相對(duì)較小，取工作性能、抗壓強(qiáng)度、氯離子抗?jié)B性能的權(quán)重為3∶2∶5，其綜合性能功效系數(shù)F按照公式進(jìn)行計(jì)算。

根據(jù)前文創(chuàng)建抗氯鹽混凝土性能評(píng)價(jià)分析，結(jié)合文中表3、表6得到混凝土各性能對(duì)應(yīng)的功效系數(shù)及綜合性能功效系數(shù)如表7所示。

由表7可知，從混凝土綜合性能考慮，粉煤灰摻量應(yīng)該在20%～30%，并且可以在一定基礎(chǔ)上摻入30%左右的礦粉。如果考慮到混凝土成本，則應(yīng)該大量摻入礦物摻合料，減少水泥用量，從而減少成本。同時(shí)考慮到原材料及施工技術(shù)等因素對(duì)抗氯鹽混凝土性能的影響，最終采用粉煤灰為18%、礦粉為25%的配合比，水膠比控制在0.38。

表7 混凝土功效系數(shù)及性?xún)r(jià)比分析結(jié)果表

6 結(jié)語(yǔ)

本文采用功效系數(shù)法來(lái)分析不同比例礦物摻合料對(duì)混凝土的影響，結(jié)合工程成本，按照不同配合比所需原材料的不同，得到不同配合比所需的每立方成本。保持配合比中摻合料的固定比例，當(dāng)粉煤灰的摻量越來(lái)越多時(shí)，混凝土的抗壓強(qiáng)度則隨之降低，所以粉煤灰的摻量必須控制在一定范圍，不然將導(dǎo)致混凝土后期強(qiáng)度不足，嚴(yán)重時(shí)將導(dǎo)致混凝土達(dá)不到設(shè)計(jì)要求。而在混凝土配合比中同時(shí)使用粉煤灰及礦粉時(shí)，可以改善混凝土的工作狀態(tài)、抗壓強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)物的耐久性能。用適量的粉煤灰或礦粉置換配合比中一定量的水泥，不僅可以降低混凝土的水熱化反應(yīng)，還優(yōu)化了混凝土的工作性能，提高了混凝土的后期強(qiáng)度，增加其粘聚能力，減少其泌水率，并能有效抵抗其他化學(xué)離子的入侵，提高混凝土的性能。試驗(yàn)表明，無(wú)論是單摻還是復(fù)摻優(yōu)質(zhì)粉煤灰或礦粉，都能有效降低混凝土通電量值，提高混凝土的抗氯離子滲透性能。