（潍坊市公路管理局，山东，潍坊，261061）
【摘 要】一直以来，混凝土结构设计主要考虑的是荷载作用下安全性的需要，对于由于环境作用引起材料性能劣化的影响则被置于次要地位。特别是对于沿海地区桥梁的设计，往往低估了地区干湿交替、冻融循环和盐类侵蚀等因素对钢筋和混凝土的腐蚀影响。本文以潍坊滨海区桥梁高性能混凝土配合比设计为例，通过优选原材料，优化混凝土配合比设计、反复试验，提供符合要求的高性能防腐大体积混凝土配合比。
【关键词】桥梁；大体积防腐混凝土；配合比；试验研究
1．概况
潍坊滨海经济开发区渤海路二号桥地处沿海环境，海水中各种盐类的总量约占3%，其中占盐类总量的70-80%，所以主要为氯盐环境。滨海桥2#承台的尺寸为长33.7m，宽10.3m，高2.8m，体积约为970 m3。该桥设计耐久年限100年，对混凝土的耐久性要求非常高。特别是强度等级为C35的承台混凝土，一次浇筑方量接近1000m3，属于大体积混凝土，并且要求混凝土28d龄期的氯离子扩散系数DRCM值须小于4×10-12m2/s,一般的混凝土配合比难以达到要求。所以，要围绕优选原材料，优化配合比，控制水化热，降低氯离子渗透等措施探讨高性能混凝土的配制。
2．试验过程
影响混凝土耐久性的主要因素是混凝土原材料和配合比。
2.1原材料的选择
2.1.1 水泥：以前的普通混凝土，基本上没有考虑耐久性，只要水泥强度等指标达到要求即可，对于水泥中的各种矿物成分则没有很严格的要求。为提高混凝土的耐久性，水泥应尽量采用早期水化热低的水泥，降低材料中的C3A和C3S的含量，另外在不影响水泥活性的情况下，要尽量使水泥的细度适当降低，减缓水泥的水化速度，因此水泥应达到如下指标：C3A含量小于8%，水泥比表面积不大于350m2/kg。这样就不会产生因水泥早期强度高水化热大，而使混凝土产生微裂缝，从而增加了混凝土的密实性，提高了混凝土的耐久性。我们对潍坊周边的水泥进行了性能指标对比，选择了各项指标均达到要求的淄博山铝水泥。
2.1.2矿物掺合料：矿物掺合料包括磨细矿渣粉、粉煤灰等，以前的桥梁结构用纯水泥配制混凝土，所以有些技术人员视煤灰矿粉为洪水猛兽，绝对不能掺在混凝土中。但研究表明，用优质的粉煤灰等量或超量取代水泥,一方面可以改善混凝土的工作性、耐久性,另一方面还可以降低企业的生产成本。
（1）粉煤灰的选择：莱州电厂的一级粉煤灰。
（2）矿粉（磨细粒化高炉矿渣粉）的选取：潍坊钢厂的矿粉。
2.1.3砂：砂的级配和含泥量严重影响着混凝土的耐久性，特别是含泥量影响着混凝土的密实性和减水剂的减水效果，大量自由水存在于这些泥土颗粒中，形成了空隙降低了密实性，减弱了混凝土的防腐能力。
目前潍坊周边天然河砂含泥量一般在2-3%左右，有些河砂厂家为了降低含泥量，采用二次水洗甚至多次水洗，这种砂子由于在洗泥的过程中同时冲洗掉了砂中的细小颗粒，所以砂级配很不好，非常粗，细度模数特别大，容易离析泌水，混凝土和易性差，对混凝土的密实性和耐久性是非常不利的。
潍坊盛东建材公司对潍坊地区的5-10mm的石灰岩颗粒进行破碎冲击整形，生产出近乎圆形的精品机制砂，细度模数和颗粒能优于河砂。
我们选用细度模数在2.9左右的平度河砂和潍坊盛东建材生产的精品机制砂进行了一系列试验。
2.1.4碎石：石子的级配和含泥量也严重影响着混凝土的耐久性，特别是含泥量对耐久性有非常大的影响。实验选用了平度黑羊山石料厂生产的石子，压碎值在8%左右，质量稳定料源充足，并且该石料厂采用湿法生产，碎石内的泥已绝大部分被水冲走。
2.1.5外加剂：在高性能防腐混凝土中我们选用淄博华伟生产的聚羧酸高性能减水剂。减水率的增大，减少了混凝土内部的自由水，降低了混凝土内部的空隙，提高了混凝土的密实性，从而增强了混凝土的防腐能力。
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2.1.6拌合水：考虑到当地地下水含盐的特殊情况，为控制混凝土的抗氯离子性能，我们采用符合国家标准的饮用水来拌合混凝土。
2.2配合比：选择合适的水泥剂量， 增加粉煤灰和矿粉的比例是降低水化热，增加混凝土的粘聚性，发挥煤灰矿粉的填充效应和二次水化效应，使混凝土的后期强度还能缓慢增长，继续增加混凝土的密实性，持续提高其防腐性能。当采用人工砂时，人工砂混凝土的砂率宜在天然砂混凝土砂率的基础上适当提高。这是考虑到人工砂的表面粗糙、比表面积大的原因。
原材料优选完成后，我们进行了一系列试验。
第一次混凝土试验（编号1-3），首先选用了河砂，混凝土流动性良好，水泥、粉煤灰、矿粉的比例满足耐久性要求，即为αf/0.3+αs/0.4=0.18/0.3+0.15/0.4=0.975≤1，但是混凝土略有泌水现象。
第二次试验（编号4-9），将用水量每方降低5kg，在保证水胶比不变的情况下，分别用河砂和机制砂各做了三种配合比试验，试验结果表明：混凝土的坍落度都能达到要求，但是河砂拌制的混凝土更加粘稠，增加泵送的阻力，不利于施工；而机制砂拌制的混凝土性能优良，况且机制砂混凝土的强度普遍高于河砂。
第三次试验（编号10-13），对不同厂家的水泥（山铝、青州中联、滨海山水）和矿粉（钢厂矿粉、滨海陆海港矿粉）进行了正交试验，试验结果得出：青州中联和滨海山水水泥需水量大，混凝土的坍落度较小；钢厂矿粉和陆海港矿粉均满足要求。考虑到大厂材料的稳定性，最后选用钢厂矿粉。
第四次试验（编号14-18），提高了粉煤灰和矿粉的掺量，对于编号为14-16的配合比αf/0.42+αs/0.8=0.998＜1，对于编号为17的配合比αf/0.42+αs/0.8=0.996＜1，对于编号为18的配合比αf/0.42+αs/0.8=0.964＜1，所以从理论上说，粉煤灰和矿粉都满足耐久性要求，而较大的粉煤灰掺量更易于降低水化热。从混凝土配合比来看，混凝土的强度并没有明显降低,这说明在低水胶比和高性能外加剂下，大掺量粉煤灰和矿粉的混凝土仍能获得较高的强度。
通过检测混凝土的氯离子渗透系数，编号为14-16混凝土的DRCM值分别为2.7,3.4,3.0，满足小于4的要求。最后选用14号配合比作为施工配合比。
3．试验结果
现场检测的数据如下：当时最高气温在35℃左右，混凝土内部最高温度达到54℃，混凝土表面以下40cm的温度达到50℃，内外温差仅仅15℃，满足大体积混凝土内外温差宜小于25℃的要求。施工现场混凝土28天龄期6组试件标养强度值如下：53.9 MPa、55.2 MPa、54.6 MPa、54.6MPa、53.6 MPa、54.0 MPa。28天的氯离子渗透系数DRCM的检测值为3.5×10-12m2/s，满足设计要求。现场承台构件表面平整、无蜂窝麻面、没有产生裂缝。在20天龄期时，现场承台表面以下40cm处的混凝土回弹值为42.1MPa。
4．结论
4.1 在大体积防腐混凝土中掺加聚羧酸高性能减水剂，实现了混凝土的低用水量大坍落度，每方混凝土仅用水144kg，这是高效减水剂无法达到的，用水量的减少，大大增加了混凝土的密实性，提高了混凝土的抗腐蚀能力。
4.2 在大体积防腐混凝土中掺加大量粉煤灰矿渣粉等混合材，掺量达到胶凝材料总量的50%，大大降低了混凝土的水化热。同时，粉煤灰矿渣粉的加入，发挥了这些材料的二次水化和填充密实作用，降低了氯盐侵蚀，提高了防腐能力。在低水胶比的情况下，可以加大矿物外掺料的掺量，降低混凝土的成本。
4.3 在河砂日益减少和河砂含泥量较高的情况下，使用精品机制砂拌制的混凝土状态性能强度都优于现有河砂，况且机制砂质量稳定，混凝土施工现场易于控制。
4.4 从环保的角度来讲，矿渣粉、粉煤灰等工业废渣的利用，减少了对环境的污染，实现了资源的重复利用。
我们对防腐大体积混凝土的试验尚属首次，在有限的时间内，混凝土配合比还需要有优化的地方；现场也采取了循环水降温的措施。能否进一步加大粉煤灰和矿粉的掺加量，在保证其它耐久性指标达到要求的情况下进一步降低混凝土的水化热引起的温升，以撤掉现场的循环水措施降低施工成本是我们今后研究的方向。
作者简介：
许百巧（1970-）男，汉族，山东高密人，工程硕士，毕业于西安公路学院公路程专业，研究方向为公路与桥梁工程。
论文作者:许百巧
论文发表刊物:《工程建设标准化》2016年5月总第210期
论文发表时间:2016/7/15
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