快速施工混凝土在海洋工程中的應(yīng)用

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摘要：為滿足海洋工程快速施工的需要，進行了快速施工海洋工程混凝土配制的試驗研究與應(yīng)用。采用高抗蝕快硬硫鋁酸鹽水泥和專用外加劑等原材料，配制出了滿足海洋工程技術(shù)要求的快速施工混凝土。工程應(yīng)用情況表明，混凝土具有良好的工作性，并具有較高的早期強度和抗氯鹽侵蝕耐久性，可滿足海洋環(huán)境快速施工的要求。

關(guān)鍵詞：快速施工；海洋工程混凝土；快硬硫鋁酸鹽水泥；外加劑；耐久性

寧波-舟山港梅山港區(qū)6~10號集裝箱碼頭工程，位于梅山島東南側(cè)，青龍山西側(cè)，已建一期工程東北側(cè)的深水岸線段，碼頭前方為梅山港區(qū)進港航道。本工程將新建5個專業(yè)化集裝箱泊位及相應(yīng)的配套工程，碼頭岸線總長2150m，其中，碼頭西側(cè)1079.16m水工結(jié)構(gòu)按可最大可靠泊22000TEU集裝箱船預(yù)留，后1070.84m水工結(jié)構(gòu)按最大可靠泊20萬t級集裝箱船設(shè)計；碼頭通過6座引橋與后方堆場相連，工程設(shè)計年通過能力430萬TEU。本工程閘門板為混凝土預(yù)制構(gòu)件，采用C45高性能混凝土進行設(shè)計施工。由于工程處于海洋環(huán)境，海水腐蝕會導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)破壞，混凝土耐久性問題較為突出，因此，對混凝土抗氯鹽侵蝕耐久性提出較高的要求[1-3]。為提高混凝土抗氯鹽耐久性，通常采用硅酸鹽水泥、礦物摻合料等材料，配制高性能混凝土[4-6]。由于礦物摻合料的作用，摻入礦物摻合料高性能混凝土的早期強度較低，會對混凝土施工模板周轉(zhuǎn)產(chǎn)生一定影響[7-9]。為提高預(yù)制構(gòu)件的模板周轉(zhuǎn)，加快施工進度，提高施工效率，筆者擬在采用抗蝕硫鋁酸鹽水泥在閘門板中進行應(yīng)用研究，以滿足海洋工程混凝土高耐久和快速施工的要求。

1快速施工混凝土配制試驗

1.1混凝土原材料。高抗蝕快硬硫鋁酸鹽水泥：采用強度等級為高抗蝕快硬硫鋁酸鹽水泥，測試了水泥的比表面積、凝結(jié)時間、抗折強度和抗壓強度，如表1所示。表1的測試結(jié)果表明，快硬硫鋁酸鹽水泥達到了52.5級的質(zhì)量要求。粗骨料：采用5~25mm連續(xù)級配的碎石（由5~16、16~25mm兩級配配制而成，5~16、16~25mm的比例為2∶8），其性能指標的檢測結(jié)果如表3所示，滿足有關(guān)標準技術(shù)要求。減水劑：采用硫鋁酸鹽專用減水劑CAS-PCE，為透明淡黃色聚合物溶液型減水劑，在混凝土中摻量（折固摻量）通常為膠凝材料的0.1%~1.0%，水泥凈漿初始流動度不小于250mm，流動度經(jīng)時損失小。緩凝劑：采用硫鋁酸鹽專用緩凝劑CSA-PSR，為透明無色至淡黃色水溶液，有效固含量約為30%，在混凝土中摻量（折固摻量）通常為膠凝材料的0.2%~1.5%。混凝土凝結(jié)時間0.5~2h可調(diào)，與專用減水劑復(fù)配使用可實現(xiàn)凝結(jié)時間0.5~4h可調(diào)。拌和水：采用城市自來水。測得拌和水的性能指標如表4所示，滿足JTS202—2011《水運工程混凝土施工規(guī)范》有關(guān)規(guī)定。1.2配合比設(shè)計。根據(jù)JTS153—2015《水運工程結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計標準》的有關(guān)規(guī)定[10]，采用高抗蝕快硬硫鋁酸鹽水泥、專用減水劑和緩凝劑等混凝土原材料，進行混凝土的配合比設(shè)計，混凝土配合比如表5所示。1.3基本性能。1.3.1混凝土工作性。分別測試了混凝土坍落度、擴展度以及經(jīng)時損失，測試結(jié)果如表6所示。表6的測試結(jié)果表明，混凝土工作性良好，工作性損失小，可滿足施工要求。1.3.2混凝土性能。（1）抗壓強度。混凝土抗壓強度測試結(jié)果如表7所示。從表7的測試結(jié)果可以看出，1、3d早期的混凝土抗壓強度均大于20MPa，具有較高的早期強度；28、56d齡期混凝土的抗壓強度為45.5、51.5MPa，這表明配制的混凝土后期強度不斷增加，達到了C45混凝土抗壓強度要求。（2）耐久性。JTS153—2015《水運工程結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計標準》規(guī)定[10]，對于設(shè)計年限50年的工程，處于浪濺區(qū)、水位變動區(qū)和大氣區(qū)的摻入粉煤灰和粒化高爐礦渣粉的高性能混凝土的56d電通量不高于1000C，其56d擴散系數(shù)應(yīng)不大于4.5×10-12m2/s。混凝土電通量和擴散系數(shù)測試結(jié)果如表8所示。從表8的測試結(jié)果可以看出，28d齡期的混凝土電通量均小于1000C，56d齡期的混凝土電通量進一步降低；56d齡期的混凝土擴散系數(shù)小于2.5×10-12m2/s，耐久性滿足設(shè)計要求，可達到海洋環(huán)境下50年以上壽命的技術(shù)要求。

2工程應(yīng)用

2.1混凝土現(xiàn)場施工。采用表5的混凝土配合比進行施工。在混凝土攪拌過程中，控制混凝土原材料的質(zhì)量、稱量精度和攪拌時間，混凝土攪拌時間應(yīng)比普通混凝土延長40s以上，宜不少于120s。根據(jù)混凝土預(yù)制現(xiàn)場情況，采用鋼質(zhì)料斗進行施工。所采用的鋼質(zhì)料斗嚴密，其內(nèi)壁平整光潔，不吸水，不漏漿。嚴格控制混凝土的工作性，符合澆筑時所規(guī)定的坍落度，混凝土坍落度控制在120mm左右，混凝土的入模工作性滿足施工技術(shù)要求。閘門板澆筑連續(xù)、均勻并防止混凝土產(chǎn)生離析；平倉是用人工或機械的方法，將整個澆筑的倉面均勻攤平和充滿混凝土料，考慮混凝土分層厚度以及振搗時間，保證混凝土澆筑的密實性。振動棒振搗應(yīng)快插慢拔，移動間距不大于振動棒作用半徑的1.5倍，振動棒插入下層混凝土深度不小于50mm，振動時間控制在20~30s，如圖1所示。澆筑的閘門板到規(guī)定脫模強度進行脫模養(yǎng)護。澆筑閘門板的環(huán)境溫度為25℃時，測得4h混凝土的同條件養(yǎng)護試塊的抗壓強度為22.5MPa，已達到脫模強度要求，脫模后的閘門板如圖2所示，可以看出脫模后閘門板外觀質(zhì)量良好。由于高抗蝕硫鋁酸鹽水泥混凝土早期強度發(fā)展比較快，澆筑混凝土具有較高的早期強度，脫模時間比硅酸鹽水泥混凝土顯著縮短，可滿足海洋環(huán)境下快速施工的要求，可加快模板周轉(zhuǎn)，提高施工效率。2.2混凝土試件制作與性能試驗。根據(jù)工程混凝土的技術(shù)要求，制作相應(yīng)的混凝土抗壓強度、電通量和擴散系數(shù)性試件，并進行標準養(yǎng)護，到規(guī)定的齡期進行測試。對混凝土閘門板的混凝土強度、耐久性進行檢測，混凝土抗壓強度檢測結(jié)果如表9所示，混凝土電通量和擴散系數(shù)如表10所示。表9的抗壓強度檢測結(jié)果表明，混凝土4h抗壓強度大于16MPa，具有較高的早期強度，且后期強度不斷增長，28d抗壓強度大于54MPa，達到C45強度等級的要求。表10耐久性檢測結(jié)果表明，混凝土28d齡期的電通量小于500C，28d擴散系數(shù)小于2.5×10-12m2/s，滿足JTS153—2015《水運工程結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計標準》規(guī)定50年耐久性設(shè)計要求。

3結(jié)論

為滿足海洋環(huán)境下快速施工的技術(shù)要求，采用高抗蝕快硬硫鋁酸鹽水泥以及減水劑和緩凝劑專用外加劑等材料，進行了高耐久性快速施工混凝土配制試驗研究，配制的混凝土具有良好工作性能和耐久性，可滿足海洋環(huán)境下高耐久和快速施工要求。配制的混凝土在海洋環(huán)境下的預(yù)制構(gòu)件工程中進行了應(yīng)用，工程應(yīng)用結(jié)果表明，所配制混凝土4h即可脫模，有效提高模板周轉(zhuǎn)，提高施工效率；并具有良好的耐久性，提升了海洋環(huán)境下混凝土工程結(jié)構(gòu)的耐久性，可滿足海洋環(huán)境下快速施工的要求。

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作者:王成啟 林 東 張章龍 單位:1.中交上海三航科學研究院有限公司 2.中交第三航務(wù)工程局有限公司寧波分公司