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摘要：混凝土钻孔灌注桩作为软弱地基基础加固处理的一种重要措施，被沿海地区工程施工广泛采用。鉴于沿海地区施工环境的特殊性，施工控制难度大，在施工每一个环节中必须采取有效的措施，确保质量安全。文章展开研究，考察了4种钻孔灌注桩混凝土配合比方案，对其耐久性进行了分析，旨在探寻一种适合沿海地区的耐久性高、经济成本低廉的混凝土，具有一定的参考价值。
关键词：沿海地区；钻孔灌注桩施工；耐久性控制
我国南方沿海地区淤泥质软土地质层厚，气候湿润，雨水繁多，受台风影响大，土层结构及地下水层情况复杂，钻孔灌注桩比内陆地质条件好的地区施工难度大，施工中任何一个环节出现问题，都将直接影施工的整体质量，留下安全隐患。随着时间的推移和教训的积累，技术人员已经充分认识到混凝土结构存在的耐久性问题。因此，在沿海地区钻孔灌注桩施工过程中，对施工混凝土耐久性控制的研究也逐渐成为了相关工程技求人员高度重视的一项课题。
1 试验原材料
水泥：普通硅酸盐水泥为海螺P?O42.5R，密度2.90g/cm3，比表面积453m2/kg，细度1.35%，标准稠度用水量28.4%；抗硫酸盐硅酸盐水泥为屯河P?HSR42.5，密度3.19g/cm3，比表面积396m2/kg，细度2.42%，标准稠度用水量26.0%。
粉煤灰为电厂Ⅱ级粉煤灰，密度2.18g/cm3，需水量比98%，烧失量5.5%，细度22.5%。
矿渣为钢铁厂S95级矿渣，密度2.87g/cm3，比表面积413m2/kg，28d活性指数96%，细度2.18%，流动度比105%。
粗骨料为粒径为5～25mm的花岗岩石；细骨料为天然水洗砂，细度模数为2.8，Ⅱ区中砂。骨料产地为广东博罗。
外加剂分别为FDN减水剂和HLC-A（S）引气剂。抗硫酸盐类侵蚀防腐剂为韶关混凝土抗硫酸盐类侵蚀防腐剂厂生产，，满足JC/T1011—2006的质量要求。
试验所用的地下水根据检测公司提供的场址水化学分析结果配制（表1），保证Cl–、SO42–、HCO3–、Ca2+、Mg2+、K+、Na+离子的总量与检测水质一致。
2 混凝土技术方案及配合比
通常防腐蚀灌注桩混凝土采用高抗硫酸盐水泥，同时掺加20%～30%的粉煤灰和抗硫酸盐类侵蚀防腐剂，由于高抗硫酸盐硅酸盐水泥价格远超过普通硅酸盐水泥，防腐剂的价格也比较高昂，为了降低混凝土的成本，同时提高混凝土的耐久性能，本文设计了不同的混凝土方案。
（1）BPC——常规沿海地区的钻孔灌注桩混凝土方案，采用P?HSR42.5水泥+25%粉煤灰+抗硫酸盐类侵蚀防腐剂。
（2）SRM——采用高抗硫酸盐硅酸盐水泥与大掺量矿物掺合料的方案，采用P?HSR42.5水泥+20%粉煤灰+30%矿渣。与BPC相比，取消防腐剂，降低P?HSR的用量。
（3）HPC——高性能混凝土方案，即普通硅酸盐水泥与大掺量矿物掺合料方案，采用P?O42.5R水泥+20%粉煤灰+30%矿渣。与SRM相比，用P?O水泥替代P?HSR水泥。
（4）HPCA——在高性能混凝土的基础上掺加抗硫酸盐类侵蚀防腐剂的方案，采用P?O42.5R水泥+20%粉煤灰+30%矿渣+防腐剂。HPCA在HPC的基础上掺加了防腐剂，比较HPCA与HPC的耐久性，考察HPC是否有掺加防腐剂的必要。
混凝土强度等级为C40，坍落度（180±20）mm，含气量（2.5±0.5）%。配合比如表2所示。
混凝土采用等强度原则设计，保证混凝土28d立方体抗压强度基本相等，因此，水胶比略有变化。混凝土抗压强度见表3。
3 试验方法
抗硫酸盐侵蚀试验（抗压强度耐蚀系数）、氯离子迁移系数试验及电通量试验按照GB/T50082—2009《普通混凝土长期性能和耐久性试验方法标准》进行。
砂浆膨胀系数试验参照JC/T1011—2006《混凝土抗硫酸盐类侵蚀防腐剂》“膨胀系数”的试验方法进行。为模拟工程实际服役环境的混凝土，做了以下调整：采用剔除混凝土中5～25mm花岗岩石后的配合比作为砂浆的配合比，采用与混凝土相同的原材料；采用工程所用的过5mm筛的水洗砂代替标准砂；浸泡溶液分别为厂址地下水、5%Na2SO4溶液以及自来水。以试件在侵蚀溶液中膨胀率除以同龄期自来水中试件膨胀率，得到膨胀系数。
砂浆抗折强度抗蚀系数参照GB/T749—2008《水泥抗硫酸盐侵蚀试验方法》中“浸泡抗蚀性能试验方法（K法）”进行，做以下调整：采用与混凝土相同的原材料，且将砂过2.5mm筛；采用上文砂浆膨胀系数试验所用的砂浆配合比；浸泡溶液分别为地下水、3%Na2SO4溶液和自来水。养护到规定龄期，以抗折强度之比确定抗蚀系数。
4 试验结果分析与讨论
4.1 抗硫酸盐侵蚀性能
4.1.1 抗压强度耐蚀系数
4种混凝土经过90次、150次和200次浸烘循环后的抗压强度耐蚀系数见表4。
4种混凝土在200次浸烘循环后的耐蚀系数为0.82～0.92，均大于0.75，满足抗硫酸盐等级KS200的要求，表明这4种混凝土在干湿循环这种恶劣的工况下，均具有良好的抗腐蚀性能。
与其他三种混凝土相比，三次测试结果均表明，常规的钻孔灌注桩混凝土BPC耐蚀系数均为最小，表明其抗硫酸盐腐蚀性能稍逊于其他三种混凝土。
SRM与BPC相比，耐蚀系数均有所提高，提高幅度为0.05～0.1，说明采用高抗硫水泥＋大掺量矿物掺合料方案，在取消防腐剂的同时降低P?HSR的用量，混凝土的硫酸盐侵蚀性能有了一定的提高。
HPC与SRM相比，耐蚀系数也有所提高，提高幅度最高可高达0.22。说明采用普通硅酸盐替代高抗硫水泥，不但降低了成本，而且大幅度提高了抗硫酸盐侵蚀性能。
在HPC的基础上再添加防腐剂，HPCA的耐蚀系数反而较HPC有了明显的降低，降低幅度为0.06～0.15，说明防腐剂在高性能混凝土体系中没有改善抗硫酸盐侵蚀的性能。
4.1.2 砂浆膨胀系数
4个系列的砂浆在地下水和5%Na2SO4两种侵蚀性溶液中的膨胀系数试验结果见图1。在地下水侵蚀溶液中，膨胀系数介于0.86～1.18，在5%Na2SO4侵蚀溶液中，膨胀系数介于0.81～1.18，满足JC/T1011关于膨胀系数≤1.5的要求。
图1 砂浆膨胀系数
在两种侵蚀溶液中，BPC砂浆的膨胀系数均高于其他3组砂浆，而SRM的膨胀系数均低于其他3组砂浆，这表明在硫酸盐侵蚀性溶液浸泡作用下，BPC砂浆的抗腐蚀性能要低于其他3组砂浆，而抗硫水泥与大掺量矿物掺合料方案具有明显的优势。
比较SRM和HPC的膨胀系数，在地下水中和5%Na2SO4溶液，SRM膨胀系数分别要低0.07和0.22，表明在浸泡作用下，抗硫水泥的耐蚀性要高于普硅水泥。
比较HPC与HPCA可发现，这两组砂浆在两种侵蚀溶液中的膨胀系数基本相同，无明显差异，表明在浸泡作用下，这两组砂浆的耐久性基本相同。
4.1.3 砂浆抗折强度抗蚀系数
4个系列的砂浆在地下水和3%Na2SO4两种侵蚀性溶液中的抗折强度抗蚀系数试验结果见图2。在地下水侵蚀溶液中，抗蚀系数介于0.99～1.29，在3%Na2SO4侵蚀溶液中，膨胀系数介于1.11～1.29，满足JC/T1011关于抗蚀系数≥0.85的要求。在28d龄期，抗蚀系数＞1.0，表明受腐蚀的砂浆试件的抗折强度大于基准砂浆，这可能是由于腐蚀产物钙矾石填充了孔隙，砂浆的性能仍处于改善阶段。
图2 抗折强度抗蚀系数（JC/T1011法）
在地下水作用下，BPC抗蚀系数要小于SRM，SRM与HPCA基本相当，而HPC抗蚀系数最高。在3%Na2SO4溶液中，BPC与SRM基本相当，HPC与HPCA基本相当。表明SRM比BPC具有更好的抗蚀性能；采用普硅替代抗硫水泥的HPC能获得更好的抗蚀性，在HPC中添加防腐剂则无明显技术优势。
综合分析上述的抗压强度耐蚀系数、膨胀系数和抗折强度耐蚀系数的研究结果，无论是在浸烘循环作用下还是浸泡作用下，BPC的抗硫酸盐侵蚀的能力要低于其他3种混凝土；SRM较BPC能明显提高混凝土的抗蚀能力；总体而言，HPC比SRM具有更高的抗蚀性能力；在HPC的基础上添加防腐剂，未能改善混凝土的抗硫酸盐侵蚀性能。
4.2 抗氯离子侵蚀性能
4.2.1 氯离子迁移系数
4种灌注桩混凝土氯离子迁移系数见图3，根据4个龄期的试验数据，氯离子迁移系数可用式1拟合得出，拟合参数见表5。
（1）
式中：DRCM（t）为t时间的迁移系数（×10-12m2/s）；DRCM（28）为28d的氯离子迁移系数（×10-12m2/s）；m为时间依赖性常数。
从图3可看出，混凝土的氯离子迁移系数DRCM在不同龄期均表现规律为BPC＞SRM＞HPCA＞HPC。表明在BPC的基础上提高掺合料掺量、降低抗硫水泥用量，同时取消防腐剂的使用，有利于提高混凝土的抗氯离子侵蚀能力；将普硅水泥替代SRM中的高抗硫水泥，能显著改善混凝土抗氯离子侵蚀的能力；在HPC的基础上添加防腐剂，则降低了混凝土的抗氯离子侵蚀能力。
从表5可看出，HPC和HPCA在28d时的DRCM≤4×10-12m2/s。SRM在28d时DRCM为6.8×10-12m2/s，满足GB/T50476—2008《混凝土结构耐久性设计规范》D类氯化物环境100年设计使用年限对混凝土抗氯离子侵入性指标的要求（28d龄期DRCM≤7×10-12m2/s），根据式（1），90d龄期时SRM的DRCM≤4×10-12m2/s，满足E类氯化物环境100年设计使用年限的要求；而BPC在28d尚未能满足GB/T50476—2008关于D类氯化物环境50年设计使用年限的要求（28d龄期DRCM≤10×10-12m2/s），BPC抗氯离子侵蚀的能力难以满足耐久性设计的要求。
4.2.2 电通量
4种灌注桩混凝土在150d时电通量见图4。150d时，4种混凝土的电通量均小于1000C。电通量按从大到小排序，BPC＞SRM＞HPCA＞HPC。采用电通量评价混凝土抗氯离子渗透能力，与氯离子迁移系数得到的规律基本相似。
图4 灌注桩混凝土150d电通量
综合分析上述的氯离子迁移系数和电通量研究结果，得到的混凝土抗氯离子侵蚀能力按从低到高进行排序，结果为BPC＜SRM＜HPCA＜HPC。BPC难以满足抗氯离子侵蚀的耐久性要求，SRM抗氯离子侵蚀能力一般，HPC抗氯离子侵蚀能力最高，在HPC基础上掺加防腐剂后，在一定程度上降低了混凝土的抗氯离子侵蚀能力。
6 结束语
总之，采用普硅水泥替代抗硫水泥，同时掺加大掺量矿物掺合料制备的高性能混凝土HPC同时具有优异的抗硫酸盐侵蚀能力和抗氯离子侵蚀能力，是一种适合于沿海地区的耐久性高、经济成本低廉的灌注桩混凝土。在高性能混凝土HPC的基础上添加防腐剂，在一定程度上降低了混凝土抗硫酸盐侵蚀和抗氯离子侵蚀的能力。
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论文作者:谢文香
论文发表刊物:《基层建设》2016年11期
论文发表时间:2016/8/5
标签：混凝土论文; 系数论文; 砂浆论文; 硫酸盐论文; 防腐剂论文; 膨胀系数论文; 溶液论文; 《基层建设》2016年11期论文;