高抗冻融混凝土在水下灌注桩中的应用.pdf

第 4 0卷第 3期 2 01 3年 3月 建筑技术开发 Bui l d i n g Te c hn i qu e De v e l o p me n t Vo 1 40。 No 3 M a r 2 01 3 高抗 冻融混凝土在水下灌注桩 中的应 用 魏文安丁宏 ( 北京建工新型建材有限责任公 司， 北京1 0 0 0 2 1 ) 摘要 针对河北二桥工程水下灌注桩在 曹妃 甸工业 区海洋环境 中的使用特点 ， 通过合理 的配 制技术 ， 分析 不同水灰 比、 外 加剂 ( 引气 剂 ， 减水剂 ) 和粉煤灰等矿物质掺合料掺量等 因素对混凝土抗冻性 能的影 响， 研究混凝 土的 工作性 、 力学性 能和耐久性能 。结合地方资源 ， 配制出一种 高抗冻融 混凝土 。经优 化混凝土材 料组成 ， 突 出 海工防腐和地下高抗渗等耐 久性 能的特点 ， 成为一种 高性能混凝土 ， 既能满 足设计 、 施 工工艺要求 ， 又能满足 经济合理性要求 ， 并成功应用于曹妃甸工业 区河北二桥水 下灌 注桩工程 中。 关键词 高抗冻融 ； 混凝 土 ； 耐久性 ； 灌注桩 。 中图分类号 T U 4 3 1 文献标志码 B 文章编号 1 0 0 1 5 2 3 X( 2 0 1 3 ) 0 3 0 0 3 6 0 5 河北二桥工程拟建于河北唐山南部 的渤海湾西 岸的曹妃甸工业区， 曹妃甸工业区为一带状沙岛 ， 距 离大 陆岸 线约 2 0 k m， 从 甸 头 向前 延 伸 5 0 0 I T I ， 水 深 即达 2 5 m， 甸前深槽水深达 3 6 m， 是渤海最深 点。 由曹妃甸 向渤 海海 峡延伸 ， 有一 条水深 达 2 7 m 的天 然 水 道 ， 直 经 海 峡 ， 通 向黄 海 。北方 寒 冷地 区 ， 年 平 均冰冻期长 ， 昼夜温差大 ， 混凝土冻融破坏是我国北 方 沿海地 区工 程建设 的突出 问题之一 。 曹 妃甸 工 业 区地 处 河 北 唐 山南 部 的渤 海 湾 西 岸 ， 位 于 天 津 港 和 京 唐 港 之 间 ， 夏 季 炎 热 ， 冬 季 寒 冷 ， 最 低 气 温达 到 一 2 O ， 地 质 情 况 主 要 为 浅 海填 沙滩涂地 质 ， 混 凝土结 构遭受海水腐 蚀和 冻融破 坏 ， 工程建设 环境 十分恶劣 。为保 证公路 桥梁 的 工程质量 ， 所用 海工混凝 土必须具 备 良好 的抗 冻 性 能 。 根据 唐山市曹妃甸工业区河北二桥桥梁工程 初步设计专家组评审纪要 和施 工图设计 ， 桩基混 凝土强度等级为 C 3 5 ， 抗渗等级为 W1 2 ， 抗冻等级为 F 3 0 0 。混凝土设计为大掺合料高性能防腐混凝土 ， 具 有 良好 的流 动性 和 较 长凝 结 时 间 ， 在 满 足强 度 的 条件下达到高耐久性要求 。为保证桥梁耐久性 ， 抗 渗和防腐方案采用高性能混凝土 +阻锈剂 ， 关键是 如何解决混凝 土的高抗冻性能。对一般来讲 ， 目前 提高 混凝土 的抗 冻性 能 ， 国 内大 多是 以配 制水 泥 混 凝土为基础 ， 通过提高混凝土 的强度等级和控制其 含气量来达到提高混凝土抗冻性能的目的。本文提 收稿 日期 ： 2 0 1 21 21 5 作者简介 ： 魏 文安 ( 1 9 6 9 ) ， 男， 陕西宝鸡人 ， 毕业于南京工业大学 ， 硕 士 ， 工程师 ， 公司经理兼总工程师 。 3 6 高抗冻性方案是结合河北二桥工程的设计要求和曹 妃甸的实际情况 ， 在混凝土 中不仅要加入高效引气 剂和减 水剂 ， 还需 掺入 大量优 质矿物 质掺合 料 ， 而 且 对所用粉煤灰的质量要求较高 ， 必须达到 I 级标准 要求 ， 同时尽可能采用较小水灰 比。 1配合 比设计 思路 1 ) 根据 曹妃甸 工业 区冬季 气 侯 特点 ， 混凝 土 结 构长 期处 在海水 中遭受 冻 融破 坏 作 用 ， 为 了保 证 灌 注桩混 凝 土具有 足 够高 的抗 冻 融 等 耐久 性 能 ， 配 合 比设 计应 考虑在 混 凝 土 中引起 气 泡 ， 并 控 制含 气 量 在 4 6 ， 依 据 施 工 图设 计 ， 混 凝 土 冻 融 循 环 次 数 3 0 0次 ， 相对动 弹模量 D F不 小 于 6 0 。 2 ) 为了保证灌注桩混凝土具有足够能承受上 部结 构 的各种外 力 ， 严 格控 制混凝 土 的水 胶 比 ， 保 证 混凝 土获 得足够 的 强度 ， 本 工 程 设计 混 凝 土强 度 等 级 C 3 5 。 3 ) 由于灌 注桩混 凝 土属 水 下施 工 和凝 结 硬 化 ， 混凝土无法振捣 ， 配合 比设计要考虑混凝土具有较 大的流动性 ， 并考虑混凝土能通过 自身流动和填充 来 完成混 凝土 的平整 和密实 。使混 凝土拌 和物 必须 具有良好的粘聚性能， 不产生或少产生离析现象。 4 ) 曹妃 甸 工业 区属 于 海 水 氯 化 物 引 起 钢 筋 锈 蚀的海洋环境 ， 根据环境分类及环境作用等级， 混凝 土配合 比设计要考虑混凝土防腐阻锈和抗渗等耐久 性。采用大掺量的粉煤灰和矿粉的矿物质掺合料， 改 善水泥浆的质量和混凝土的密实性， 提高混凝土抗渗 性 和抗氯离子渗透性 能。根据施工设计 ， 本工程设 计 混凝土氯离子扩散系数 2 51 0 m s ， 在混凝土 中掺入 R I I C 2钢筋阻锈剂 ， 掺入量 9 k g m ， 同时混 第 4 0卷 魏 文安 ， 等 ： 高抗 冻融混凝 土在 水下灌注桩 中的应 用 第 3期 凝土中胶凝材料用量不小于 3 8 0 k g m 。 2 原 材料 选择 与试 验方 法 2 1 原材 料 2 1 1水泥 水 泥优先选用质量越稳定 ， 低水化热 和碱含量 低的硅酸盐水泥 、 普通硅酸盐水泥 ， 尽量避免使用早 强水 泥和 C A 含 量 偏 高 的 水 泥 。本 工 程 水 泥 为盾 石 牌 4 2 5 R 普 通 硅 酸 盐 水 泥 ， C A 含 量 在 6 1 0 ， 碱 含 量 小 于 0 6 ， 所 检 的 各 项 指 标 满 足 G B 1 7 5 2 0 0 7要求 ， 见表 1 。 表 1 盾石牌 4 2 5 R普通硅酸盐水泥性能指标 凝结时 抗压强 抗折强 安定性 间 rai n 度 MP a 度 MP a 初凝 终凝 3 d 2 8 d 3 d 2 8 d 沸 煮法 1 4 5 2 8 5 2 7 4 5 0 5 6 4 8 7 合格 _ _ 2 1 2骨 料 细骨料选用中砂 ， 细度模数控制在 2 3 2 8之 间最佳 ， 同时避 免 砂 中含 有 泥 块 、 云 母 、 有 机 物 等杂 质。粗骨料注意控制最大公称粒径 ， 优先选用石灰 沉积岩 。经过 试验 比较 ， 本工 程细骨 料采用河 北卢 龙 天然河砂 ， 细度模数为2 5 0 ， 相对密度为 2 6 5 g c m 。 ， 含泥量为 1 4 ， 细骨料各项指标满足 建筑用砂 ( G B T 1 4 6 8 4 2 0 0 1 ) 要求 ； 粗骨料 采用河北丰 润粒径 为 5 2 5 m m连续粒级碎石， 相对密度 2 6 7 g e m ， 最大堆积密度为 1 6 8 0 k g m ， 含泥量 0 6 ， 压碎指 标值 5 2 ； 粗骨料各项指标满足 建筑用卵石 、 碎 石 G B T 1 4 6 8 5 2 0 0 1 5 要求 ， 骨料均为 B类低碱 活性 骨 料 。 2 1 3外 加剂 经 过试 验 比较 ， 外加 剂 采 用 巴斯 夫 化 学建 材 有 限公司生产的引起剂与高效减水剂复合 的泵送剂， 推荐掺量 2 1 ， 具有减水 、 引气 的功能 ， 2 8 d抗压 强度 比 1 2 2 ， 符合现行 国家标准 混凝土泵送剂 ( J C 4 7 3 f_ 2 0 0 1 ) ； 阻锈剂依据施 工图设计采用北京 冶建 新 技 术有 限公 司 生产 的 R I I C 2钢 筋 阻 锈剂 ， 各项性能指标 符 合 钢筋 阻锈 剂使 用 技术 规程 ( Y B T 9 2 3 1 1 9 9 8 ) 的要 求 。 2 1 4 矿物质掺合料 粉煤灰选 用 北 京宝 路通 达 粉 煤 灰有 限公 司 生产的 F类 I 级粉煤灰 ， 细度 7 4 ， 各项 指标符 合 国家 现行 标 准 用 于 水 泥 的 和混 凝 土 的粉 煤 灰 ( G B 1 5 9 62 0 0 5) 的规 定 ； 矿渣 粉 选用 唐 山 滦港钢铁 渣 资 源综 合 利用 有 限公 司生 产 的 $ 9 5 级粒化高炉矿渣粉 ， 比表面积 4 3 3 r n k g ， 各 项指 标符合 国家现行标准 用于水 泥和混凝土 的粒化 高炉矿 渣粉 ( G B T 1 8 0 4 62 0 0 8 ) 的规定 。 2 1 5水 采用工业净化用水 ， 符合 公路桥涵施工技 术 规范 ( J T J 0 4 1 2 0 0 0 ) 的有关规定。 2 2 试 验 方 法 大量 研究 表 明 ， 混 凝土 的抗 冻 性 与 水 灰 比 、 含 气 量 以 及 强 度 有 关 。 因 此 本 试 验 主 要 通 过 在 不同水灰 比及 掺 加 不 同 比例 的 引气 剂、 减 水 剂 ( 本 工程 为 复 合 泵 送 剂 ) 和掺 合 料 情 况 下 ， 分 析 混 凝 土 的 抗 冻 性 ， 从 而 筛 选 出 高 抗 冻 混 凝 土 的 最 佳 水灰 比、 外加剂掺量 和矿物 质掺合料 用量 。考虑 混凝土工作性和高抗冻 融性要 求 ， 混凝土入 模坍 落度 1 6 01 8 0 mm， 含气 量 4 6 之 间。试验 依 据 现 行 国 家 相 关 标 准 混 凝 土 含 气 量 试 验 用 混 合式气压法测定含气量 ， 抗冻试 验用快 速法测定 抗冻等级 。 2 2 1 水灰 比对 混凝 土抗冻 性影 响试验 依据高抗冻混凝 土含气量 要求控 制在 4 6 。本研究从提高混凝土 的含气 量人手 ， 引气 剂 掺量取其推荐量 的上限 4 0 g k g ， 控制坍落度在 1 8 02 2 0 mm， 拌 制 水 灰 比分 别 为 0 4 6 、 0 4 2 、 0 3 8 、 0 3 5的混 凝 土 ， 研 究不 同水灰 比对 混 凝 土 抗 冻性和强度影 响， 筛选最佳水灰 比， 混凝 土配合 比 见表 2。 表 2 掺入引气 剂的不同水灰 比混凝土配合 比 水灰 比 砂率 引气剂 减水剂 水 水泥 ( c) ( g k g ) ( k g m- 3 ) ( k g m一 ) O 5 2 4 4 3 0 3 O 1 7 o 3 2 7 o 4 6 4 3 3 0 3 O 1 7 o 3 7 0 0 4 2 4 2 3 0 3 0 l 7 0 4 0 5 0 3 8 4l 3 0 3 0 1 7 0 4 4 7 2 2 2 引气剂掺量对混凝土抗冻性能影响试验 引气剂过多不但会引起混凝土强度降低 ， 而且 会导 致 混凝 土抗 冻 性 减 弱 。在 水 灰 比不 变 的 情 况 下 ， 选择引气剂掺量分别为 2 O 、 2 5 、 3 O 、 3 5 、 4 0 g k g ， 研究不同引气剂掺量对混凝土抗冻性能和强度的影 响 ， 选 出最佳引气剂掺量。 2 2 3 粉煤灰掺量对混凝土抗冻性能影 响试验 在固定水灰比、 砂率 、 泵送剂( 引气剂和减水剂 3 7 第 3期 魏 文安 ， 等 ： 高抗 冻融混凝土在水下灌注桩 中的应 用 第 4 O卷 复合在一起) 掺量的基础上 ， 进一步分析掺人 1 0 、 1 5 、 2 0 、 2 5 、 3 0 粉煤灰对高抗冻混凝土性能 影响， 选出满足 C 3 5 F 3 0 0混凝土要求的最佳粉煤灰 掺量 ， 其中粉煤灰超量替代水泥。 2 2 4矿粉 掺量 对混凝 土抗 冻性 能影 响试验 在固定水灰 比、 砂率、 泵送剂 ( 引气剂和减水剂 复合在一起) 掺量的基础上 ， 进一步分析掺入 2 0 、 2 5 、 3 0 、 3 5 、 4 0 矿粉对高抗冻混凝土性能影 响 ， 选 出满足 C 3 0 、 F 3 0 0混凝土要求 的最佳矿粉掺 量 ， 其中矿粉等量替代水泥。 2 2 5 混 凝土工 作性 、 力学 性能 和耐久 性能试 验 依据 2 2 1 2 2 4试验确 定的混凝土各组成 材料的最佳掺量 ， 确定混凝土配合比， 并进行混凝土 工 作性 、 力学 性能 和耐久性 能试 验 。 混凝土拌合物流空时间试验采用倒坍落度筒流 出时间法。方 法是将坍 落度筒倒 置 ( 倒置坍 落度 筒 ， 底部离地 5 0 e m) ， 底部封盖装满混凝土并抹平， 迅 速滑 开底 盖 ， 用秒 表记 录混凝 土流 空时 间 ， 时 间越 长 代表混 凝 土粘度 越大 。 混凝土渗透高度试 验依据 G B T 5 0 0 8 22 0 0 9 标准进行 ， 混凝土抗冻性试验依据 J T J 2 7 01 9 9 8标 准进行 ， 混凝土氯离子扩散系数试验依据 C C E S 0 1 2 0 0 4标准 N E L法进行， 渗透高度、 抗冻性指标和氯 离子扩散系数均为 2 8 d龄期 ， 其 中渗透高度加压至 2 0 MP a ， 抗冻 指标 为 D 3 0 0的耐久性 指数 。 3试 验结 果与分 析 3 1 水灰 比对 混凝 土抗 冻性 能的影 响 由表 3和表 4可知， 掺加 0 4 0 g k g引气剂 ， 混 凝 土 的含气 量普遍 较 高 ； 混 凝 土 的强 度 随着 水 灰 比 的增大而逐渐降低 ； 水灰 比为 0 3 8的混凝土含气量 为 5 6 ， 最大抗冻次数仅为 3 0 0次 ； 水灰 比为 0 4 2 和 0 4 6的混凝土最大抗冻次数不足 3 0 0次 ， 且混凝 土抗压强度偏低 ； 而水灰 比为 0 4 2的混凝土抗冻次 数也超过 3 0 0次。由以上结果可知， 高抗冻混凝土 的最优水灰 比为 0 3 8 。 表 3掺入引气剂 时不 同水灰比对混凝土强度影响 水灰 比 引气剂 减水剂 坍落度 含气量 2 8 d 抗压 ， C ( g k g ) 强度 MP a 0 4 6 4 0 3 O 1 9 5 5 8 3 0 4 0 42 4 0 3 0 2 1 0 6 1 3 6 9 0 3 8 4 0 3 0 2 05 5 6 4 3 7 O 3 5 4 0 3 0 2 0 0 5 3 4 9 8 38 表 4掺入 引气剂 时不 同水灰 比对混凝土抗 冻性影响 水灰 比 含气量 不 同循环次数相对动弹性模量 重量损 ( W C ) 5 0 l O 0 l 5 O 2 0 0 2 5 0 3 0 0 失率 0 4 6 5 2 9 4 3 8 7 5 81 1 7 3 5 6 4 1 0 4 2 5 8 9 4 6 9 0 3 8 4 2 7 8 4 7 1 9 5 7 6 6 1 0 38 5 5 9 8 4 9 8 1 9 6 3 9 2 2 8 5 6 7 6 9 3 1 O 3 5 5 7 9 8 1 9 6 8 9 4 2 9 3 8 8 7 3 7 8 4 2 6 3 2 引 气剂掺 量 对混凝 土抗 冻性 能的影响 由表 5可知 ， 混凝土的含气量随着引气剂掺量 的增 加 而 增 大 ； 当 引 气 剂 掺 量 由 2 0 g k g增 加 到 3 0 g k g ， 混凝土抗冻次数随着引气剂掺量的增加而 增多 ， 由 2 0 0次 增 大 到 了 3 0 0次 ； 引 气 剂 掺 量 由 3 0 g k g 增 加 到 4 0 g k g ， 混 凝土 抗 冻 次 数 随 着 引 气 剂掺量 的增加而减少 ， 由 3 0 0次降低到 2 5 0次。因 此在 不加其 他外 加剂情 况下 ， 水 灰 比为 0 3 8的混 凝 土抗冻性能最佳 的引气剂掺量为 3 0 g k g 。 表 5 不同引气 剂掺量对 混凝土抗冻性影响 2 8 d抗 相对动 引气剂 水灰 比 坍落度 含气量 最大冻 重量损 压强度 弹性模 ( g k g ) W C mm 融次数 失率 MP 量 2 0 O 3 8 2 l O 3 9 4 9 9 2 0 0 7 9 2 4 3 2 5 0 3 8 2 0 5 4 3 4 6 7 2 5 0 7 7 9 3 9 3 0 O 3 8 2 1 0 4 8 4 5 9 3 0 0 7 9 3 3 3 3 5 0 3 8 2 0 0 5 3 4 4 7 2 5 0 7 8 8 3 6 40 0 3 8 1 9 5 5 8 4 2 9 2 5 0 7 8 7 3 9 3 3 粉 煤灰掺 量对 混凝 土抗 冻性 能的影 响 有抗冻要求 的混 凝土掺加I 级 粉煤灰 一般不 超过 胶凝材料 总质 量的 3 0 。由表 6可知 ， 混凝 土 的含气 量和强度均随着粉煤灰掺量的增大而降低 ， 但在一定 的范 围 内粉煤灰 对混 凝土 的抗 冻性 能影 响不 大 。试 验结果表 明 ， 当粉煤灰 的掺量 增加 到 2 0 时 ， 水灰 比 保持 0 3 8 ， 混凝 土的抗 压强度达 到 4 5 7 M P a ， 最 大抗 冻融次数 3 0 0次 ， 能够满足高抗冻混凝土要求。由此 可知 ， 高抗冻混凝土的粉煤灰掺量不宜超过 2 0 。 表 6 不 同粉煤灰掺量对混凝土抗 冻性影响 2 8 d抗 相对动 粉煤灰 水灰 比 坍落度 含气量 最大冻 重量损 压强度 弹性模 掺量 W， C m m 融次数 失率 MP a 量 0 O 3 8 1 9 5 4 9 4 5 3 3 0 0 7 8 1 2 9 1 0 O 3 8 2 05 4 7 4 7 9 3 00 7 4 5 2 8 第 4 0卷 魏 文安 ， 等 ： 高抗 冻融 混凝 土在 水下灌注桩 中的应 用 第 3期 续表 2 8 d抗 相对动 粉煤灰 水灰 比 坍落度 含气量 最大冻 重量损 压强度 弹性模 掺量 ， C m m 融次数 失率 MP a 量 1 5 0 3 8 2l O 4 6 4 6 3 3 0 0 71 9 3 1 2 0 0 3 8 2 O O 4 7 4 5 7 3 0 0 6 9 4 3 3 2 5 O 3 8 2l 0 4 1 3 8 6 2 5 0 6 8 8 3 8 3 0 O 3 8 2 0 5 3 4 3 1 3 2 0 0 7 0 3 4 1 3 4矿粉掺 量 对 混凝 土抗 冻性 能 的影 响 由表 7可 看 出， 在相 同水 灰 比、 砂 率、 泵送 剂 ( 引气剂和减水剂复合在一起 ) 的情况下 ， 随着矿粉 掺量的增加 ， 混凝土抗冻性能有所减弱 ， 但掺合比例 合适时， 抗冻性能与普通混凝土相 比有所改善。试 验结 果表 明矿 粉掺 量不 宜超 过 3 O 。 表 7 不同矿粉掺量对混凝土抗冻性影响 2 8 d 抗 相对动 矿粉掺 水灰 比 坍落度 含气量 最大冻 重量损 压强度 弹性模 量 C mm 融次数 失率 M P a 量 0 O 3 8 21 0 4 9 4 6 4 3 0 0 79 3 3 2 2 0 O 3 8 l 9 5 4 8 4 8 1 3 0 0 7 1 5 2 8 2 5 0 3 8 2 0 0 4 8 51 3 3 0 0 70 9 3 1 3 0 0 3 8 2 2 0 4 7 5 0 7 3 0 0 6 7 6 3 3 3 5 O 3 8 2 0 5 4 5 4 8 6 2 5 0 6 3 5 3 8 4 0 0 3 8 1 9 5 4 1 4 6 2 2 0 0 6 2 3 4 1 3 5 混凝 土工作 性 能、 力 学性 能和 耐久性 能试 验 3 5 1 确定混凝土配合 比各组成材料的最佳掺量 依据 3 1 3 4试验结果 ， 确定混凝土各组成材 料的最佳掺量 ， 见表 8 ， 并进行混凝 土工作性、 力学 性 能 和耐久 性 能试验 。 表 8 混凝土配合 比各组成材料的最佳掺量 泵送剂 阻锈剂 试验 水灰比 ( 复合引 粉煤灰 矿粉掺 砂率 掺量 编号 IV C 气剂 ) 掺 掺量 量 量 ( k g m 。 ) GK 一0 01 O 38 4 2 3 0 O 3 0 9 GK 一0 0 2 O 3 8 4 2 3 O 1 0 2 5 9 GK 一0 0 3 0 38 4 2 3 0 1 0 2 0 9 GK 一0 0 4 O 3 8 4 2 3 0 1 5 2 0 9 GK 一0 0 5 0 3 8 4 2 3 0 1 5 1 5 9 GK 一0 0 6 O 3 8 4 2 3 O 2 0 1 0 9 GK 一0 0 7 O 3 8 4 2 3 O 2 0 O 9 3 5 2混凝土工作性能试验 高抗冻融混凝土由于水灰 比低 ， 粘性大， 仅用坍 落度或扩展度难 以表征其工作性 ， 应用倒坍落筒测 定流空时间比较 切合实际。从表 9数据看 出， 单掺 矿粉 时 ， 混 凝土 粘 聚性 较 差 ； 单 掺 粉 煤灰 时 ， 混 凝 土 流动性差 ， 混凝土流空时间最长； 双掺粉煤灰和矿粉 时 ， 混凝土的和易性 良好 ， 坍落度损失最小。试验结 果表明适宜掺量 的粉煤灰 和矿粉 ， 可 以降低混凝土 粘度 ， 改 善混凝 土 的和易 性 。 表 9 混凝 土配合比各组成材料 的最佳掺量 试验 坍落度 1 h坍落 2 h坍落 扩展度 流空时 和易性 编号 mm 度 ram 度 m m m m 间 8 粘聚性 GK 一0 O 1 2 2 0 2 1 0 2 0 0 6 6 0 X6 3 0 l 3 不好 粘聚性 GK 一0 0 2 2 l 5 2 0 5 1 8 5 6 3 0 61 0 l 7 一 般 和 易 GK 一0 0 3 2 0 0 1 9 0 1 7 5 6 0 0 5 7 0 2 5 性好 和易 GK 一0 0 4 2 0 5 1 95 1 8 0 5 9 0 5 6 0 2 6 性好 和易 GK 一0 0 5 2 1 0 2 O 0 1 85 6 0 0 5 9 0 2 7 性好 流动性 GK 一0 0 6 2 0 5 l 8 0 l 55 5 6 0 5 5 0 31 一 般 流动性 GK 一0 0 7 1 9 5 1 6 5 1 3 5 5 3 05 2 0 3 8 不 好 3 5 3混凝 土力 学性 能 和耐久 性能试 验 从 表 1 0试验 结果 看 出 ， 7组 混凝 土 的 力学 性 能 均满 足 了设 计要 求 。双掺 粉 煤 灰 和 矿粉 时 ， 混 凝 土 的抗渗透性能、 抗冻融性能和抗氯离子渗透性较单 掺矿粉或粉煤灰 时效果 明显。试验结果表 明， 高抗 冻融混凝土的掺和料总量应控制在胶凝材料总量的 3 0 以 内为宜 。 表 1 0混凝土力学性能和耐久性能试验 2 8 d抗 抗渗等 3 0 0次 氯离子 试验 坍落度 含气量 级 W1 2时 循环相 扩散系数 压强度 编号 m m 渗透高 对动弹 ( 1 0 一 MPa 度 m m 性模量 m s 1 GK O O1 2 2 0 4 7 5 0 7 1 0 9 6 7 6 3 1 4 GK 一0 0 2 2 l 5 4 9 4 6 5 8 1 7 0 5 2 5 7 GK 一0 0 3 2 O O 4 8 4 8 4 6 5 7 2 9 2 4 8 3 9 第 3期 魏文安 ， 等 ： 高抗冻融混凝 土在 水下灌 注桩 中的应用 第 4 0卷 续表 2 8 d抗 抗渗等 3 0 0次 氯离子 试验 坍落度 含气量 级 W1 2时 循环相 扩散系数 压 强 度 编号 m m 渗透高 对动弹 r l O一 。 MPa 度 mm 性模量 m s 1 GK 一0 0 4 2 0 5 4 7 4 7 7 4 5 7 4 6 2 3 5 GK 一0 0 5 21 0 4 8 4 5 6 4 7 7 5 5 2 3 2 GK 一0 0 6 2 0 5 4 6 4 5 1 7 5 7 0 3 2 4 9 GK o o 7 2 0 0 4 7 4 6 7 9 3 6 9 4 2 8 7 经试配调 整 ， 我们确定 混凝 土最 佳 配合 比如 表 1 1 。 表 1 l 混凝土最佳配合比 强度 水灰 砂 率 水 水 泥 砂 石 粉煤 泵送 阻锈 等级 比 灰 矿粉 剂 剂 E 3 5 O 3 7 4 2 1 7 0 3 1 4 7 3 2 l O1 l 8 l 7 2 l 4 O 9 4工程 应用 用所优化后的最佳混凝土配合 比， 配制高抗冻 混凝 土用 于 河北二 桥 水 下灌 注 桩 工 程 中 ， 浇 筑 过 程 中观察新 拌混 凝土 的的 和易 性 ， 并 测 量混 凝 土 含 气 量和坍落度 ， 结果显示含气量平均为 4 7 ， 坍落度 平均为 1 8 0 m m， 经 1 5 k m运输 ， 含气量和坍落度几 乎 没有损 失 。采用 现 场 取样 法 对 该 混凝 土 抗 压 、 抗 渗 和抗 冻耐 久性能进 行 检测 ， 结 果 见表 1 2 。由检 测 结果表明 ， 在保证正常施工技术的条件下 ， 该混凝土 的耐久 性能 符合 曹妃甸 地 区海 洋环 境 的工程耐 久性 设 计 的要 求 。 表 1 2 高抗冻融混凝土力学性 能和 耐久性能检测结果 2 8 d抗 压 施工 日期 坍落度 mm 抗渗等级 抗冻等级 强 度 MP a 2 01 O一0 7 1 4 l 8 O 3 8 8 W 1 2 F 3 0 0 5 结语 1 ) 本工程利用粉煤灰 和矿粉 两种矿 物质掺合 料 ， 外加阻锈剂 ， 能配制 出大掺合料 高性 能防腐混 凝土 ， 并具有较高的抗 冻性能 。既经济 ， 又能满 足 曹 妃 甸 地 区 海 洋 环 境 对 钢 筋 混 凝 土 耐 久 性 的 要 求 。 2 ) 目前 引气 是 提 高 混 凝 土 抗 冻 耐 久 性 能 卓 有 成效 的措施 。混 凝 土含 气 量 控 制 在 4 5 5 5 时 ， 混 凝 土可达 到 较 高 的抗 冻融 性 能 。为 使混 凝 土 达到要求的含气量 ， 必须注意， 在大幅度增加引气剂 掺量 时 ， 要采取 相应 的措施 。 3 ) 随着 粉煤灰 或 矿粉 掺 量 的增 加 ， 混 凝 土 的抗 冻性能成下降趋势 。所 以配制高抗冻融混凝土 ， 矿 物 质掺合 料 的最 大掺 量不 宜 超过 3 0 ， 且 粉 煤灰 宜 选用 I 级 粉煤 灰 。 4 ) 由于海洋环境 中混凝土抗渗透和防腐蚀的 特点 ， 在 配制混凝 土时 ， 要 注 重合 理 的 配制 技 术 ， 单 掺 或双掺 矿物质 掺 合料 ， 优 化 混凝 土各 种 组成 材 料 的物理化学性能和技术参数 ， 使混凝土具有强度高， 易于施工 ， 能抵抗氯离子侵蚀 、 抵抗海水渗透和抵抗 冻融 破坏 等长期 耐久性 能 。 参考文献 1 冯乃谦 高性能混凝土 M 北京 ： 中国建筑工业出版社 2 朱宏 军 ， 等 特 种混凝 土和新型混 凝土 M 北京 ： 化 学工业 出 版 社 3 黄智 山， 等 混凝土的耐久性 J 混凝土 ， 2 0 0 4 ( 6 ) 4 屠柳清 ， 等 抗 氯盐污染高性能混凝 土及评价方法研究 J 混凝 土 ， 2 0 0 4， ( 3 ) 5 混凝 土结构 耐久 性设 计与 指南 中 国工程 院土 木水 利 与建 筑 学 部 6 GB T 5 0 0 8 02 0 0 2 普通混凝土拌合物性能试验方法标准 S 7 GB T 5 0 0 8 1 2 0 0 2 普通混凝 土力学性能试验方法标准 S 8 GB T 5 0 0 8 2 2 0 0 9 普通混凝 土长期性能 和耐久性 能试验方 法 S 9 C C E S 0 1 2 0 0 4 ( 2 0 0 5年修订 版) 混凝土 结构耐久 性设计 与施 工指南 S 1 O J G J 5 52 0 0 0 ， 普通混凝土配合比设计规程 S 1 1 J T J 2 7 01 9 9 8 水运工程混凝土试验规范 S 1 2 J T J 2 6 91 9 9 6 水运工程混凝土质量控制标准 S l 31 I) B J T O 1 6 4 2 0 0 2 混凝土矿物掺和料应用技术规程 S ( 上接 第 1 2页) 参考文献 1 邹翩 ， 张强 ， 周德源 ， 李 培 异 形柱 钢 筋混凝 土 框架 结构 非线 性 分 析 J 上 海 师 范 大 学 学 报 (自然 科 学 版 )， 2 0 0 9， 3 8( 4) ： 4 0 2 4 0 7 2 叶英华 ， 焦 俊婷 ， 陈惠满 型钢 混凝土 异形柱正 截 面的非线 性分 析 J 沈 阳 建 筑 大 学 学 报 (自然 科 学 版 ) ， 2 0 1 1 ， 2 7( 3) ： 40 4 2 5 - 4 2 9 3 童小龙 ， 甘 文举 双 向偏压 异形 柱构 件非线 性分 析方 法 的研 究 J 四川建筑 ， 2 0 1 0， 3 0 ( 5 ) ： 1 4 21 4 3 ， 1 4 5 4 鲍远伟 异形框架柱 T形节 点抗剪强度非线性有 限元分析 J 工 程与建设 ， 2 0 0 7 ， 2 1 ( 5 ) ： 7 3 0 7 3 2 5 聂祺 ， 唐爱华 ， 张敏 框支短肢剪力墙 一 异形柱结构罕遇地震作用 下非线 性地 震 反 应分 析 J 桂林 工 学 院学 报 ， 2 0 0 8， 2 8( 1 ) ： 29 33